FPGA实现的非线性PID控制器设计及应用

"这篇论文详细探讨了基于FPGA的非线性PID控制器的设计与实现，应用于行车取力发电技术中的液压泵控马达系统，旨在解决系统输出转速的非线性波动问题，以实现恒转速输出。通过引入一种基于转速偏差的指数函数作为PID控制器参数，设计了一种具有自动修正功能的非线性控制算法。利用FPGA硬件实现该算法，结合SOPC（System on a Programmable Chip）架构构建了泵控马达的恒速控制系统。实验结果显示，即使在负载突变情况下，系统也能快速响应，转速波动小，瞬时超调量低，调节时间短，满足了国家三类发电标准。" 在本文中，作者首先指出行车取力发电技术的关键是确保液压泵控马达系统的恒定输出速度。由于由变量泵和定量马达组成的系统存在转速非线性波动的问题，他们提出了一个创新的解决方案，即采用非线性PID控制算法。这种算法的特殊之处在于，它使用转速偏差的指数函数来调整PID参数，这种指数函数具备自动修正功能，能够更好地适应系统动态变化。 接下来，作者详细介绍了如何利用FPGA（Field-Programmable Gate Array）实现非线性PID算法的硬件设计。FPGA的优势在于其灵活性和可编程性，可以高效地执行复杂的计算任务，如实时处理非线性控制算法。同时，他们采用了SOPC技术，将微处理器和可编程逻辑集成在同一芯片上，构建了一个完整的控制系统，用于控制泵控马达的转速。 实验部分，作者展示了在负载突变的工况下，采用该非线性PID控制器的系统表现。结果显示，系统在转速波动最大80r/min的情况下，瞬时超调量不超过3.5%，且调节时间不超过2.8秒。这些性能指标表明，该系统能够在短时间内稳定下来，并达到国家规定的三类发电要求，证明了所提出的非线性PID控制器的有效性和实用性。 这篇论文深入研究了基于FPGA的非线性PID控制器在液压泵控马达系统中的应用，提出了一种新的控制策略，有效地解决了转速恒定的问题，为类似系统的控制优化提供了有价值的参考。