模拟电路PID调节器.docx
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模拟电路PID调节器
实验开放课题结题报告
设计课题:
PID调节器的设计
专业班级:
04电子科学与技术
学生姓名:
骆炳福何青丽冯立平
指导教师:
曾祥华
设计时间:
2006年8月10日
题目:
PID调节器的设计
一、设计任务与要求
1.设计一个负反馈放大电路
2.能实现比例运算电路、积分电路和微分电路的功能
二、方案设计与论证
设计一个PID调节器,PID控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量,比例积分微分(PID)控制包含比例(P)、积分(I)、微分(D)三部分,实际中也有PI和PD控制器。
上图中给出了一个PID控制的结构图,控制器输出和控制器输入(误差)之
间的关系在时域中可用公式表示如下:
公式中
表示误差、控制器的输入,
是控制器的输出,
为比例系数、
积分时间常数、
为微分时间常数。
式又可表示为:
公式中
分别为
的拉氏变换,
分别为控制器的比例、积分、微分系
数。
三、单元电路设计与参数计算
分析:
上面电路中的输入支路和反馈支路中都有电阻、电容元件,因此直接在时域里求出输出与输入的关系比较困难。
如果先在S域里求出电路的传递函数(即输出与输入的关系),再利用拉氏反变换得到时域里的输出与输入的关系,这样就比较容易些。
由图可知在对上式进行拉氏反变换,因S表示微分,1/S表示积分。
S一次方表示微分一次,二次方表示微分两次,S负一次方表示积分一次,负两次方表示积分两次。
因此式中的第一、第二项表示比例运算,第三项表示微分运算,第四项表示积分运算,所以
上述电路的输出输入关系为比例-积分-微分运算,又称为PID运算。
在自动控制系统中经常用作为PID调节器。
四、总原理图及元器件清单
Ui
1kOhm
1kOhm
uF
1kOhm
分析:
根据“虚短”和“虚断”的原则,
根据upun0
N点的电流方程为ifi1ic1
icl
dt
uj
R1
输出电压U等于R上电压u和C上电压u之和,而
iR
du
du1
dt
Uc2丄idt丄C1dudtdt-U1dt
C
2
C2dt
R1
C1’
1
u1
u1dt
C2
R1C
2
R2
C1
du1
所以U0
U1R2C1
udt
R1
C2
dtR1C2
因为电路中含有比例、积分、微分运算,故称之为
PID调节器。
当R=0时,
电路只有比例和积分运算部分,称之为PI调节器;当C=0时,电路只有比例和微分运算部分,称之为PD调节器;根据控制中的不同需要,采用不同的调节器
元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R1.R2.R3
0—5k可调
3
C1.C2.C3
10微法
3
集成块
uA741
1
所需主要仪器设备等实验条件
仪器设备名称
需进入实验
室名称
实验材料
双踪示波器
模拟电路
uA741
低频信号发生器
电阻、电容若干
晶体管毫伏表、万用表
万能板等
电路板制作工具
五、安装与调试
根据电路图用电烙铁焊接上各个元器件,焊接完毕后检查各连线。
当R=0时,
式为:
U0
电路只有比例和积分运算部分,称之为PI调节器,输出电压和输入电压的关系
当C=0时,电路只有比例和微分运算部分,称之为
PD调节器,输出电压和
R1C2Udt
六、性能测试与分析
(一)当输入为正弦信号:
EWB电路IS
rr
4-
協踪示波器
从图中分析可知:
输出与输入的关系符合比例关系
2、R1=2.5K?
R2=2.5K?
6=C2=10gFf=10HZV=3v
从图中分析可知:
输出与输入的关系符合积分关系
3、R1=2.5K?
R2=2.5K?
6=C2=10gFf=10HZV=3v
4、R1=2.5K?
R2=2.5K?
6=C2=10mFf=10HZV=3v
从图中分析可知:
输出与输入的关系符合正弦比例关系
5、R1=2.5K?
R2=2.5K?
6=C2=10gFf=10HZV=3v
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(二)、当输入为三角波:
从图中分析可知:
输出与输入的关系符合比例关系
2、R1=2.5K?
R2=2.5K?
6=C2=10gFf=10HZV=3v
3、R1=5K?
R2=2.5K?
8=C2=10pFf=10HZV=3v
从图中分析可知:
输出与输入的关系符合微分关系
4、R1=2.5K?
R2=2.5K?
8=C2=10旷f=10HZV=3v
从图中分析可知:
输出与输入的关系符合比例积分关系
当输入为方波信号
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从图中分析可知:
输出与输入的关系符合比例关系
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从图中分析可知:
输出与输入的关系符合积分关系
3、R1=2.5K?
R2=2.5K?
6=C2=10gFf=10HZV=3v
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- 模拟 电路 PID 调节器