《模拟电路PID调节器要点.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电路PID调节器要点.pdf（13页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、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 2 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
2、入（误差）之 间的关系在时域中可用公式表示如下： 3 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： 公式中和分别为和的拉氏变换， 。、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。 设 4 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
3、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 5 分析： 根据“虚短”和“虚断”的原则， 输出电压 U 等于 R 上电压 u 和 C 上电压 u 之和，而 dt du CRU R R iRrU 1 121 1 2 2 1 1 .11 11. 0 R u i dt du Cci ciifiN nupu 点的电流方程为 根据 6 udt CRdt du C
4、RU C C R R U dtu CR u C C dt R u dtdt dt du C C dti C cU 21 1 121 2 1 1 2 0 1 21 1 1 2 1 1 1 1 2 1 2 1 2 所以 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 05k 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
5、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， 7 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 式为：udt CR U C C R R U 21 1 1 2 1 1 2 0 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 输入电压的关系式为： dt du CRU C C R R U121 2 1 1 2 0 六、性能测试与分析: （一）当输
6、入为正弦信号： 1、R1=5K?R2=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=3v 8 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=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=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=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=3v 从图中分析可知：输出与输入的关系符合微分关系。 9 4、R1=2.5K?R2=2.5 K?C1=C2=10mF f=10HZ V=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=2.5 K?C1=C2
7、=10 F f=10HZ V=3v 从图中分析可知：输出与输入的关系符合比例微分关系。 10 （二） 、当输入为三角波： 1、R1=5K?R2=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=3v 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=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=3v 从图中分析可知：输出与输入的关系符合积分关系。 11 3、R1=5K ?R2=2.5 K ?C1=C2=10 F f=10HZ V=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=2.5 K ?C1=C2=10 F f=10HZ V=
8、3v 从图中分析可知：输出与输入的关系符合比例积分关系。 5、R1=2.5K?R2=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=3v 从图中分析可知：输出与输入的关系符合比例微分关系。 12 （三） 、当输入为方波信号 1、R1=5K ?R2=2.5 K ?C1=C2=10 F f=10HZ V=3v 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=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=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=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=3v 从图中分析可知：输出与输
9、入的关系符合微分关系。 13 4、R1=2.5K?R2=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=3v 从图中分析可知：输出与输入的关系符合比例积分关系。 5、R1=2.5K?R2=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=3v 从图中分析可知：输出与输入的关系符合比例微分关系。 七、结论与心得 通过这次开放性实验， 使我们比较深入地掌握了负反馈放大电路的设计方法， 以及比例运算电路、 微分电路和积分电路的设计方法；并且学会了制作电路， 熟 练了电路焊接方法以及掌握调试方法与测试参数；同时还提高了我们的动手能力 和测试技术能力。 八、参考文献 童诗白、华成英模拟电子技术基础第三版 http:/ bbs. ekv. cn/（PID 调节概念及基本原理 -千伏网） 李万成、谢红模拟电子技术基础实验与课程设计 王港元电工电子实践指导