模拟电路设计系列讲座二十四:PID控制策略

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四:微分环节

微分调节只与偏差的变化成比例,偏差变化越剧烈,由微分调节器给出的控制作用越大,从而及时地抑制偏差的增长,提高系统的稳定性。

P和I是根据已经形成的被调参数与给定值之偏差而动作(即偏差的方向和大小进行调节)。

微分调节是根据偏差信号的微分,即偏差变化的速度而动作的。只要偏差一露头,调节器就立即动作,以求更好的调节效果,而偏差如没有变化,微分调节就不起作用。

微分调节只是对偏差的变化做出调节,而与偏差的大小无关,所以微分调节不能消除余差。因此微分调节不能单独使用。

简单来讲,微分环节能够反映偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减小调节时间。

五:总结

PID是比例、积分、微分的缩写Proportional-Integral-Differential。比例作用的输出与偏差大小成正比;积分作用的输出变化速度与偏差成正比;微分作用的输出与偏差变化速度成正比。

比例调节作用:是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差。但是过大的比例,会使系统的稳定性下降,甚至造成系统的振荡。

积分调节作用:是使系统消除稳态误差,积分作用的强弱取决于积分时间常数,积分时间常数越小,积分作用就越强。反之,积分作用就越弱。加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用通常与另外两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。

微分调节作用:微分作用反应系统偏差信号的变化率,具有预见性,能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此可以改善系统的动态性能,在微分时间常数选择合适的情况下,可以减少超调减少调节时间。当然,微分调节对于噪声信号也有放大作用,因此过强微分调节,对系统抗干扰不利。另外微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。

下一节将介绍控制理论中很重要的一个环节,电流采样、比例放大以及电流采样环节的误差分析。

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