基于FPGA的電鍋爐智能控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源缺乏日益突出、環(huán)境污染日益嚴(yán)重。鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，主要用來(lái)在生產(chǎn)生活中進(jìn)行供熱。目前我國(guó)鍋爐的主要原料是煤，煤是一種不可再生資源，而且其燃燒后產(chǎn)生的污染物是環(huán)境污染的主要來(lái)源，所以需要用一種更好的能源來(lái)代替煤炭。電鍋爐就是一種用電能作為原料的能量轉(zhuǎn)換裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、效率高、無(wú)污染、運(yùn)行穩(wěn)定和安裝檢修方便等優(yōu)點(diǎn)，而且電鍋爐的溫度容易控制，在一些溫度要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合，比如生物發(fā)酵、藥品的儲(chǔ)藏

2、、醫(yī)院血庫(kù)等尤其適合使用電鍋爐來(lái)供熱。
　　本文以電鍋爐為研究對(duì)象，模糊控制與PID控制相結(jié)合，對(duì)電鍋爐的溫度和液位進(jìn)行控制，溫度控制采用模糊PID算法，液位控制采用PID算法。在當(dāng)前的電鍋爐控制系統(tǒng)中，其控制芯片主要是單片機(jī)或者是PLC，針對(duì)這些控制器中出現(xiàn)的運(yùn)行速度慢、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、程序運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題，本文提出一種基于FPGA芯片的解決方案。
　　通過(guò)對(duì)FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)及與單片機(jī)的對(duì)比分析，結(jié)合FPGA的高時(shí)鐘、并行處理

3、、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，選擇FPGA作為電鍋爐控制系統(tǒng)控制器，易于智能控制算法的實(shí)現(xiàn)。為了降低程序設(shè)計(jì)難度、易于程序移植和升級(jí)、提高處理器的運(yùn)算速度，通過(guò)對(duì)增量式PID控制算法的分析和變換，結(jié)合FPGA并行處理的特點(diǎn)，采用了模塊化的FPGA程序設(shè)計(jì)方法。以恒溫箱為控制對(duì)象，建立了溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)模糊控制理論并結(jié)合PID控制算法，設(shè)計(jì)了模糊PID控制器，并利用MATLAB對(duì)恒溫箱溫度控制的PID控制器和模糊PID控制器進(jìn)行仿真對(duì)比。

4、根據(jù)仿真對(duì)比結(jié)果，確定了模糊PID作為電鍋爐控制系統(tǒng)的控制算法。在對(duì)模糊PID控制算法的原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合FPGA在數(shù)據(jù)處理中的特點(diǎn)，采用離線推理的方式實(shí)現(xiàn)模糊推理。離線推理的方法具有編程簡(jiǎn)單、速度快、便于修改規(guī)則等優(yōu)點(diǎn)。在完成了控制器的硬件電路和驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用VerilogHDL的語(yǔ)言編寫了控制算法程序。
　　在EDA開(kāi)發(fā)軟件和硬件測(cè)試平臺(tái)上，對(duì)控制器的算法和硬件驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行仿真和測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果表明，