2022年模拟电路PID调节器 .pdf

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 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页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入（误差）之间的关系在时域中可用公式表示如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页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。设精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页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dtduCRURRiRrU112112211.11.11.0RuidtduCciciifiNnupu点的电流方程为根据精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页6 udtCRdtduCRUCCRRUdtuCRuCCdtRudtdtdtduCCdtiCcU21112121120121112111121212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，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页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：udtCRUCCRRU211121120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：dtduCRUCCRRU12121120六、性能测试与分析: （一）当输入为正弦信号：1、R1=5K ?R2=2.5 K?C1=C2=10 F f=10HZ V=3v 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 13 页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=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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 13 页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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页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=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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页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：输出与输入的关系符合微分关系。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页