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基于FPGA的电锅炉智能控制系统研究

更新时间：2020-03-19 06:24:05 大小：3M 上传用户：六3无线电查看TA发布的资源 标签：fpga 智能控制系统 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

随着我国国民经济的发展，能源缺乏日益突出、环境污染日益严重。锅炉是一种能量转换装置，主要用来在生产生活中进行供热。目前我国锅炉的主要原料是煤，煤是一种不可再生资源，而且其燃烧后产生的污染物是环境污染的主要来源，所以需要用一种更好的能源来代替煤炭。电锅炉就是一种用电能作为原料的能量转换装置，它具有结构简单、体积小、效率高、无污染、运行稳定和安装检修方便等优点，而且电锅炉的温度容易控制，在一些温度要求比较严格的场合，比如生物发酵、药品的储藏、医院血库等尤其适合使用电锅炉来供热。

本文以电锅炉为研究对象，模糊控制与PID控制相结合，对电锅炉的温度和液位进行控制，温度控制采用模糊PID算法，液位控制采用PID算法。在当前的电锅炉控制系统中，其控制芯片主要是单片机或者是PLC，针对这些控制器中出现的运行速度慢、开发周期长、程序运行不稳定等问题，本文提出一种基于FPGA芯片的解决方案。

通过对FPGA内部结构及与单片机的对比分析，结合FPGA的高时钟、并行处理、稳定性好等特点，选择FPGA作为电锅炉控制系统控制器，易于智能控制算法的实现。为了降低程序设计难度、易于程序移植和升级、提高处理器的运算速度，通过对增量式PID控制算法的分析和变换，结合FPGA并行处理的特点，采用了模块化的FPGA程序设计方法。以恒温箱为控制对象，建立了温度控制系统的数学模型。根据模糊控制理论并结合PID控制算法，设计了模糊PID控制器，并利用MATLAB对恒温箱温度控制的PID控制器和模糊PID控制器进行仿真对比。根据仿真对比结果，确定了模糊PID作为电锅炉控制系统的控制算法。在对模糊PID控制算法的原理和结构进行分析的基础上，结合FPGA在数据处理中的特点，采用离线推理的方式实现模糊推理。离线推理的方法具有编程简单、速度快、便于修改规则等优点。在完成了控制器的硬件电路和驱动程序设计的基础上，利用VerilogHDL的语言编写了控制算法程序。

在EDA开发软件和硬件测试平台上，对控制器的算法和硬件驱动程序进行仿真和测试，其测试结果表明，所设计的控制器符合设计要求。