基于FPGA的電鍋爐智能控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源缺乏日益突出、環(huán)境污染日益嚴重。鍋爐是一種能量轉換裝置，主要用來在生產(chǎn)生活中進行供熱。目前我國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)境污染的主要來源，所以需要用一種更好的能源來代替煤炭。電鍋爐就是一種用電能作為原料的能量轉換裝置，它具有結構簡單、體積小、效率高、無污染、運行穩(wěn)定和安裝檢修方便等優(yōu)點，而且電鍋爐的溫度容易控制，在一些溫度要求比較嚴格的場合，比如生物發(fā)酵、藥品的儲藏

2、、醫(yī)院血庫等尤其適合使用電鍋爐來供熱。
　　本文以電鍋爐為研究對象，模糊控制與PID控制相結合，對電鍋爐的溫度和液位進行控制，溫度控制采用模糊PID算法，液位控制采用PID算法。在當前的電鍋爐控制系統(tǒng)中，其控制芯片主要是單片機或者是PLC，針對這些控制器中出現(xiàn)的運行速度慢、開發(fā)周期長、程序運行不穩(wěn)定等問題，本文提出一種基于FPGA芯片的解決方案。
　　通過對FPGA內部結構及與單片機的對比分析，結合FPGA的高時鐘、并行處理

3、、穩(wěn)定性好等特點，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現(xiàn)。為了降低程序設計難度、易于程序移植和升級、提高處理器的運算速度，通過對增量式PID控制算法的分析和變換，結合FPGA并行處理的特點，采用了模塊化的FPGA程序設計方法。以恒溫箱為控制對象，建立了溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。根據(jù)模糊控制理論并結合PID控制算法，設計了模糊PID控制器，并利用MATLAB對恒溫箱溫度控制的PID控制器和模糊PID控制器進行仿真對比。

4、根據(jù)仿真對比結果，確定了模糊PID作為電鍋爐控制系統(tǒng)的控制算法。在對模糊PID控制算法的原理和結構進行分析的基礎上，結合FPGA在數(shù)據(jù)處理中的特點，采用離線推理的方式實現(xiàn)模糊推理。離線推理的方法具有編程簡單、速度快、便于修改規(guī)則等優(yōu)點。在完成了控制器的硬件電路和驅動程序設計的基礎上，利用VerilogHDL的語言編寫了控制算法程序。
　　在EDA開發(fā)軟件和硬件測試平臺上，對控制器的算法和硬件驅動程序進行仿真和測試，其測試結果表明，