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硬件开发者之路之——模拟PID电路浅介

热度 1已有 10842 次阅读| 2017-12-2 11:52 |个人分类:技术生涯|系统分类:硬件设计

PID【比例(proportion)-积分(integral)-微分(derivative)）】是自动控制领域极其重要的一种控制技术，基本原理就是利用比例、积分、微分结构的响应特性实现对闭环系统的响应控制。随着数字技术的发展，目前程控PID的方式非常多，引入的各类算法也使得这一控制方式对于各类系统有着更好的控制效果，本文简单从最根本的模拟电路来介绍一下PID电路的控制。

一、PID的响应

P就是比例放大，这种调节的特点就是响应速度快，调节增益可以最快程度的对控制系统的较大偏差实现调节，但是对于时滞较长的系统就不太适合，因为反馈值响应太慢，容易出现超调，就是调节过头。

ID微积分调节：

R9 C4 R11是实现微分调节作用的，C1 R12 C2是实现积分作用的。我们知道微积分的主要作用器件是电容，如图中的C4和C2，上图改进型的PID设计的主要作用是为了系统的稳定性考虑，这里我们把电容当做随频率变化阻值的电阻，那么，在对于高频信号的响应上，电容的阻抗就很小，假设趋近为0，那么对上图的系统而言，运放的增益就趋近无穷大，显然系统会异常。

积分作用针对的是缓慢变化的误差，由积分公式就可以知道，消除的是静态误差。

而微分作用针对的是快速变化的误差，就是消除动态误差，由积分公式可以看出，微分调节具有超前性，因为它是通过计算变化率。

如之前文章中讲到的TEC控制电路，就是这个典型的PID控制电路：

二、小结

没有去推导频响公式，觉得比较麻烦，可以简单这样理解下，这只是一个很简单的例子，实际上还有很多改进设计，模拟PID的调试整定主要靠“试凑”，当然也不会是瞎搞。搞清楚每一部分P I D后根据特性去调节阻容值。虽然模拟PID现在用的不太多了，但是这样可以很初步的了解控制特性的基本来源，希望后面有空接触学习下数字PID控制的各种算法。