關(guān) 閉

新聞中心

EEPW首頁(yè) > 工控自動(dòng)化 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 基于FPGA的模糊PID控制器設(shè)計(jì)

基于FPGA的模糊PID控制器設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2012-12-21 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:針對(duì)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)時(shí),需要建立比例、積分和微分三個(gè)模糊,存在模糊規(guī)則較繁雜、運(yùn)算量大、速度慢等問(wèn)題,提出了以PD模糊代替P1模糊控制器,采用兩個(gè)PD模糊控制器,并引入FPGA技術(shù),實(shí)現(xiàn)控制器。通過(guò)QuartusⅡ和聯(lián)合仿真,比較了基于FBC和SBC實(shí)現(xiàn)的控制器的控制效果,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的正確性和可行性。
關(guān)鍵詞:模糊PID;控制器;;

0 引言
采用常規(guī)方法實(shí)現(xiàn)模糊PID控制器,通常需要設(shè)計(jì)比例、積分和微分三個(gè)模糊推理系統(tǒng),由于每一項(xiàng)都需要相應(yīng)的模糊控制器和模糊規(guī)則,存在運(yùn)算量大,求解時(shí)間長(zhǎng),響應(yīng)過(guò)程慢等問(wèn)題,而且大量的模糊規(guī)則在實(shí)現(xiàn)時(shí)也需要消耗較多的邏輯資源。如果采用并行結(jié)構(gòu),以并行方式將PD模糊邏輯控制器PDFLC(PDFuzzy Logic Controller,PDFLC)和PIFLC,兩個(gè)模糊邏輯控制器模塊的輸出進(jìn)行疊加,實(shí)現(xiàn)PIDFLC,同時(shí)引入FPGA技術(shù),便可以解決上述問(wèn)題。通過(guò)QuartusⅡ和聯(lián)合仿真,對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 基于FPGA的模糊PID控制器實(shí)現(xiàn)原理
基于FPGA的模糊PID控制器的芯片結(jié)構(gòu)如圖1所示??刂破鞯妮斎肓渴强刂茖?duì)象的實(shí)際輸出量yp(t)與期望輸出量yD(t)的差值。控制器還需要接收4個(gè)8 b的數(shù)字信號(hào),即表示比例增益KP、積分增益KI、微分增益KD和輸出增益KO的信號(hào);此外還要有2 b的模式選擇信號(hào),通過(guò)邏輯組合,選擇控制器的類型(PIFLC,PDFLC或PIDFLC的一種)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/159601.htm

a.JPG


在設(shè)計(jì)模糊PID控制器時(shí),為節(jié)省FPGA的邏輯資源,一般不選擇含有三個(gè)模糊控制器的方案,而采用并行結(jié)構(gòu),將PDFLC和PIFLC兩個(gè)模糊控制器模塊的輸出相加,來(lái)實(shí)現(xiàn)PIDFLC?;谶@種設(shè)想,先將PD控制器轉(zhuǎn)變成PI控制器,再將二者疊加。式(1)為PD控制器的位置表達(dá)式,式(2)為PI控制器的增量表達(dá)式。
u(n)=KPe(n)+KDr(n) (1)
△u(n)=KPr(n)+KIe(n) (2)
式中:e(n)為采樣誤差信號(hào);r(n)為采樣誤差的變化率;△u(n)為控制量的增量。比較式(1)和式(2)可知,位置式的PD控制器可以轉(zhuǎn)換成增量式PI控制器,條件如下:
①r(n)和e(n)交換位置;
②KI取代KD;
③△u(n)取代u(n)。
圖2為基于上述原理的控制器的結(jié)構(gòu)圖,圖中對(duì)PDFLC的輸出端求和(虛框部分),以代替PIFLC。

c.JPG


每一個(gè)PDFLC模塊均采用兩輸入單輸出的Mandani型模糊推理系統(tǒng),輸入的兩個(gè)信號(hào)分別為誤差信號(hào)和誤差信號(hào)的變化率。在進(jìn)入模糊化之前,每一個(gè)輸入變量均乘以一個(gè)來(lái)自于PDFLC內(nèi)部的增益系數(shù)(KP和KI或KP和KD)。同樣,模糊化后輸出值也需乘一個(gè)來(lái)自于PDFLC內(nèi)部的增益系數(shù)(KO),PDFLC和PIFLC的輸出(uPDFLC和uPIFLC)之和作為PIDFLC的輸出(uPIDFLC)。模式選擇控制端的輸入變量決定輸出模式。由圖2可見(jiàn)PDFLC模塊是控制器設(shè)計(jì)中的核心,主要包括增益、模糊化、模糊推理和解模糊化模塊。

pid控制器相關(guān)文章:pid控制器原理



上一頁(yè) 1 2 3 4 下一頁(yè)

評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉