PID电路原理与在实验中的应用ppt课件
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PID电路原理 及在实验中的应用,1,Content,控制系统的特点 PID电路的特点 PID电路的应用(温控、电流源、及稳频) 总结,2,在科学实验和生产过程中,常常要使某些物理量(如速度、温度、电压、电流等)保持常量或按某种规律变化。要满足这些要求,就要对系统进行及时控制,以抵消外界的影响。用来作这种控制的设备称为控制器,被控制的设备称为控制对象。控制器和控制对象一起称为控制系统。,要用自动控制代替人工控制,则自动控制系统中必须 有三种机构以便代替调节人员在控制中的作用,它们 是:,(1)测量机构,用来测量被控量;,(2)比较机构,用来比较被控量与给定值,得出误差;,(3)执行机构,按照误差的性质作出控制动作。,控制系统的基本概念,3,控制对象,测量机构,比较机构,执行机构,给定值,控制系统的组成,4,按设定值分为:恒值控制、程序控制和随动控制,控制系统的分类,按控制动作和时间的关系分为:连续控制系统和 采样控制系统,我们实验中常用恒值控制。,5,整个控制过程可以分为两个阶段:前一阶段的特点 是由系统的稳定性和动态品质来标明,它代表系统 的动特性;后阶段的特点则由相对稳态误差来标明, 它代表系统的静特性。 稳定性是控制系统正常工作的先决条件,也可以说 是对控制系统的一个基本要求。过渡过程时间、振 荡次数和超调量标志着系统的动态品质。同时相对稳态误差也是一个对控制系统的基本要求。,控制系统的要求,6,延迟时间td 、上升时间tr、峰值时间tp、最大超调量Mp 调节时间ts、稳态误差ess,控制过程曲线,7,比例电路,Rf,Vout= -Vi*Rf/Ri R1=R/Rf 稳态时输入输出比例确定。 对阶跃信号的响应如下:,8,积分电路,R1=Ri 低频增益大,高频增益小。 稳态时输入为0,输出为不确定值。 对阶跃信号的响应如下:,9,微分电路,R1=Rf 特点:低频增益小,高频增益大,主要在过渡过程中起作用。稳态时输出为0。 对阶跃信号的响应如下:,t,Vout,10,R,加法电路,Vout = - (V1+V2+V3) R1=R/4,11,其控制算式为:,12,Vin,PID电路示意图,Set point,t,13,PID控制器的算法中,比例环节反映系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用减少偏差,但比例环节不能消除稳态误差;积分环节用于消除静差,用以提高无差度;微分环节能反映偏差的变化趋势,并能在偏差信号变化最大前,在系统中引入一个早期修正信号,减小超调量,进而减小调节时间。,PID电路的特点,14,调整方法:系统工作在纯比例控制的工作状态下,逐渐增加比例系数,直至系统出现等辐振荡为止。这时的比例系数就是系统的临界比例系数Ku 。振荡周期就是临界振荡周期Tu 。在获得系统的临界比例系数Ku 和临界振荡周期Tu 后,按下表所列即可确定PID和PI控制电路的参数:,PID电路的调整,15,PID电路应用举例(温控PID),16,PID电路应用举例(电流源PI),17,激光稳频及锁腔(PI),FP腔透射特性,FP腔反射特性,18,19,Laser,Faraday isolator,光电探测器,FP cavity,Optical isolator,Pockels cell,PI,低通虑波,乘法器(mixer),本地振荡器,移相器,Servo 放大,稳频系统结构图,锁相放大器,20,光电探测器输出信号,我们感兴趣的是频率为的分量,即,乘法器两输入端的信号分别为:,和Ecost,乘法器输出端的信号为:,Ecost,21,由公式:,通过低通滤波器,可得到误差信号为,由关系式:,如右图所示:,22,总结,在实际应用时,如果被控对象的惯量比较大,应采用PID控制;如被控制对象的惯量很小,用PI就可以满足要求。,23,- 配套讲稿:
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