模拟电路PID调节器..doc

PAGE PAGE 8 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 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 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 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 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 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，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： 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： 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=10μF 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=10μF 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=10μF 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=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=10μF 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。 （二）、当输入为三角波： 1、R1=5K? R2=2.5 K? C1=C2=10μF 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=10μF 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=5K? R2=2.5 K? C1=C2=10μF 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=10μF 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=10μF 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。 （三）、当输入为方波信号