PID电路原理及在实验中的应用

PID电路原理 及在实验中的应用

报告人：王文哲 导 师：彭堃墀

Content 控制系统的特点

PID电路的特点 PID电路的应用(温控、电流源、及稳频) 总结

控制系统的基本概念在科学实验和生产过程中，常常要使某些物理量 (如速度、温度、电压、电流等)保持常量或按某种 规律变化。要满足这些要求，就要对系统进行及时控 制，以抵消外界的影响。用来作这种控制的设备称为 控制器，被控制的设备称为控制对象。控制器和控制 对象一起称为控制系统。 要用自动控制代替人工控制，则自动控制系统中必须 有三种机构以便代替调节人员在控制中的作用，它们 是： (1)测量机构，用来测量被控量； (2)比较机构，用来比较被控量与给定值，得出误差； (3)执行机构，按照误差的性质作出控制动作。

控制系统的组成测量机构 给定值 控制对象 比较机构

执行机构

控制系统的分类按设定值分为：恒值控制、程序控制和随动控制

按控制动作和时间的关系分为：连续控制系统和 采样控制系统

我们实验中常用恒值控制。

控制系统的要求整个控制过程可以分为两个阶段：前一阶段的特点 是由系统的稳定性和动态品质来标明，它代表系统 的动特性；后阶段的特点则由相对稳态误差来标明， 它代表系统的静特性。

稳定性是控制系统正常工作的先决条件，也可以说 是对控制系统的一个基本要求。过渡过程时间、振 荡次数和超调量标志着系统的动态品质。同时相对 稳态误差也是一个对控制系统的基本要求。

控制过程曲线

延迟时间td 、上升时间tr、峰值时间tp、最大超调量Mp 调节时间ts、稳态误差ess

比例电路Rf

Vout= -Vi*Rf/RiRi

Rf

R1=R//Rf 稳态时输入输出比例确定。 对阶跃信号的响应如下：

Vi V ou t

R1

比例响应

积分电路V out V idt R iC iRi V ou t Vi

1

Ci

R1=Ri 低频增益大，高频增益小。 稳态时输入为0,输出为不确定值。 对阶跃信号的响应如下：Vout

R1

t

微分电路Vout R f C d dVi dtRf

R1=Rf 特点：低频增益小，高频 增益大，主要在过渡过程 中起作用。稳态时输出为 0。 对阶跃信号的响应如下：Vout

Vi Cd V ou t

R1

t

加法电路R

Vout = -- (V1+V2+V3)V1

RR

R1=R/4V2 V3

R V ou t R

R1

其控制算式为：

PID电路示意图

Vin

V in

t

Set pointV in

PID电路的特点PID控制器的算法中，比例环节反映系统的偏差信号 e(t),偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用减少偏 差，但比例环节不能消除稳态误差；积分环节用于消

除静差，用以提高无差度；微分环节能反映偏差的变化趋势，并能在偏差信号变化最大前，在系统中引入 一个早

期修正信号，减小超调量，进而减小调节时间。

PID电路的调整调整方法：系统工作在纯比例控制的工作状态下，逐渐增加比例系数，直至系统出现等辐振荡为止。 这时的比例系数就是系统的临界比例系数Ku 。振 荡周期就是临界振荡周期Tu 。在获得系统的临界 比例系数Ku 和临界振荡周期Tu 后，按下表所列

即可确定PID和PI控制电路的参数:

PID电路应用举例(温控PID)V cc

O PA M P

V cc

Q? N PN D A R O PA M P

OUT

Q? P NP D A R

O PA M P

-V c c

-V c c