《PID电路原理及在实验中的应用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PID电路原理及在实验中的应用.ppt（23页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、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,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；
2、,（3）执行机构，按照误差的性质作出控制动作。,控制系统的基本概念,控制对象,测量机构,比较机构,执行机构,给定值,控制系统的组成,按设定值分为：恒值控制、程序控制和随动控制,控制系统的分类,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。,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
3、的基本要求。,控制系统的要求,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,控制过程曲线,比例电路,Rf,Vout= -Vi*Rf/Ri R1=R/Rf 稳态时输入输出比例确定。 对阶跃信号的响应如下：,积分电路,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：,微分电路,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：,t,Vout,R,加法电路,Vout = - (V1+V2+V3) R1=R/4,其控制算式为：,Vin,PID电路示意图,Se
4、t point,t,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电路的特点,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
5、路的调整,PID电路应用举例（温控PID）,PID电路应用举例（电流源PI）,激光稳频及锁腔（PI）,FP腔透射特性,FP腔反射特性,Laser,Faraday isolator,光电探测器,FP cavity,Optical isolator,Pockels cell,PI,低通虑波,乘法器（mixer）,本地振荡器,移相器,Servo 放大,稳频系统结构图,锁相放大器,光电探测器输出信号,我们感兴趣的是频率为的分量，即,乘法器两输入端的信号分别为：,和Ecost,乘法器输出端的信号为：,Ecost,由公式：,通过低通滤波器，可得到误差信号为,由关系式：,如右图所示：,总结,在实际应用时，如果被控对象的惯量比较大，应采用PID控制；如被控制对象的惯量很小，用PI就可以满足要求。,