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dtduCRURRiRrU112112211...........11........11...........0RuidtduCciciifiNnupu点的电流方程为根据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 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...