模拟电路PID调节器要点
PID调节心得（大全）
PID调节心得（大全）第一篇：PID调节心得（大全）鉴于最近一直在研究算法，所以颇有些心得体会，整理了一下，觉得比较实用的一些PID的原理，及具体的调节方案，供大家参考学习，调节这个参量的值，需要耐心和经验，但是更多的是我们得静下心来调整，希望大家加油，马上我们就要交锋了。
如有疏忽之处请大家见谅。
模拟PID调节器模拟PID调节器的微分方程和传输函数PID调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。
PID调节器各校正环节的作用1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。
2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。
3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，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。
常用的控制方式1、P控制2、PI控制3、PD控制4、PID控制PID算法的两种类型1、位置型控制――2、增量型控制微分先行和输入滤波1、微分先行微分先行是把对偏差的微分改为对被控量的微分，这样，在给定值变化时，不会产生输出的大幅度变化。
而且由于被控量一般不会突变，即使给定值已发生改变，被控量也是缓慢变化的，从而不致引起微分项的突变。
微分项的输出增量为2、输入滤波输入滤波就是在计算微分项时，不是直接应用当前时刻的误差e(n)，而是采用滤波值e(n)，即用过去和当前四个采样时刻的误差的平均值，再通过加权求和形式近似构成微分积分项的改进一、抗积分饱和积分作用虽能消除控制系统的静差，但它也有一个副作用，即会引起积分饱和。
在偏差始终存在的情况下，造成积分过量。
当偏差方向改变后，需经过一段时间后，输出u(n)才脱离饱和区。
分析一个模拟PI(比例积分)调节电路
分析一个模拟PI(比例积分)调节电路今天来介绍一个自动控制上常用的一个调节电路：PI调节电路，也就是比例积分电路。
当然作为PID调节电路，会有很多种形式，这可是最简单的由单运放构成的PI电路。
你也可以通过三个运放来构成，U2构成积分器，U1做比例运算，U3构成加法器。
如图1:图1上面的比较好理解，这里就不讨论了。
我们来研究下面的PI 电路。
如何来读懂这个电路呢，似乎与图1差别很大，好下面来计算一下传递函数图2如图2 箭头表示电流的方向，取电压与电流关联参考方向。
根据运放“虚短“可知运放反向输入端基本保持零电位。
则I=Vi÷R1-------------------------(1)由“虚断断”可得I直接流过R2 C1路径,Ur2 Uc1 分别表示R2 C1上的压降则Ur2=I×R2可得Ur2= Vi×(R2÷R1)---(2)由1/C1×(dUc1/dt)=I两边积分可得1/C×∫I=Uc1=>1/C1×∫(Vi÷R1)dt--------(3)综合2 3两式的，我们就可以华丽的得出以下Vo=－Vi×R2/R1－1/C1×∫(Vi÷R1)dt 稍微整理一下可以看到更清楚一点V o=﹣(R2/R1) ×Vi－1/( C1×R1) ×∫Vidt------—(4)令Kp=﹣(R2/R1) Ki=－1/( C1×R1)V o=Kp×Vi＋Ki×∫Vidt这其实就是个PI调节的标准表达式。
V o通过某种方式去控制外设，常用方法如三角波比较进行脉宽调试。
我们再对上面的图进行简单的变形得到下图图3采用上面的计算方法可以很方便的计算出输出表达式其中I=(Vi/R1+Vref/R3)在实际系统中Vi作为实际采集的目标值Vref就是设定的目标值。
PID控制器的原理与调节方法
PID控制器的原理与调节方法PID控制器是一种常见的控制算法，广泛应用于工业自动化系统中。
它是通过对反馈信号进行比例、积分和微分处理，来实现对被控对象的控制。
本文将介绍PID控制器的原理和调节方法，并探讨其在实际应用中的一些注意事项。
一、PID控制器原理PID控制器的原理基于三个基本元素：比例、积分和微分。
这三个元素分别对应控制误差的当前值、累积值和变化值。
PID控制器根据这三个元素的加权和来生成控制信号，以实现对被控对象的稳定控制。
1. 比例元素（P）比例元素是根据当前的控制误差进行调节的。
它直接乘以一个比例系数，将误差放大或缩小，生成相应的控制信号。
比例元素的作用是快速响应控制误差，但可能引起超调和震荡。
2. 积分元素（I）积分元素是对控制误差的累积值进行调节的。
它将误差进行积分，得到一个累积值，并乘以一个积分系数，生成相应的控制信号。
积分元素的作用是消除稳态误差，但可能导致系统响应过慢或产生超调。
3. 微分元素（D）微分元素是对控制误差的变化率进行调节的。
它将误差进行微分，得到一个变化率，并乘以一个微分系数，生成相应的控制信号。
微分元素的作用是预测误差的变化趋势，以提前调整控制信号，但可能引起过度调节和噪声放大。
通过调节比例、积分和微分元素的系数权重，可以优化PID控制器的响应速度、控制精度和抗干扰能力。
二、PID控制器调节方法PID控制器的调节方法通常包括经验法和自整定法两种。
1. 经验法经验法是基于经验和试错的方法，通过手动调节PID控制器的系数来实现对被控对象的控制。
具体步骤如下：步骤一：将积分和微分元素的系数设为零，只调节比例元素的系数。
步骤二：逐渐增大比例系数，观察系统的响应，并调整至系统稳定且响应时间较短。
步骤三：增加积分系数，减小系统的稳态误差，但要注意避免系统过调和震荡。
步骤四：增加微分系数，提高系统对突变的响应速度，但要避免过度调节和噪声放大。
2. 自整定法自整定法是基于系统辨识和参数整定理论的方法，通过对系统的频域或时域特性进行分析，自动计算得到PID控制器的系数。
PID调节器使用经验
PID调节器使用经验调整器在自动化过程掌握中使用很广泛，电工学习网我总结了PID 调整器使用阅历与大家共享，共同提高调整器应用水平。
1、以被控对象特性选择掌握器要获得良好掌握效果，首先要正确选用PID调整器，PID调整器选型相对简单，对于有阅历的用户大多是根据自己的实践阅历来确定PID 调整器。
目前国内可供用户选用的PID调整器品牌和种类许多，高端PID调整器以“欧陆”品牌居首位，国产调整器“宇电”品牌市场占有率最高，但各行业应用对象的特性不相同，使用单位均需要依据按被控对象的特性来选用PID调整器。
（1）常规工艺参数掌握通常选用单回路PID调整器。
单回路调整器有一路信号输入，掌握设定及参数修改通过仪表参数设定完成。
（2）正反转掌握的电动执行机构选用的带伺服放大器阀位掌握调整器。
带伺服放大器阀位掌握调整器输入信号为两路（测量值和阀位反馈值），仪表将单回路PID调整器和伺服放大器功能融合在一起。
（3）假如被控对象需要不同时段以不同掌握指标进行过程掌握，应选用程序掌握调整器。
程序掌握调整器可以按时间分段设置不同的掌握目标值和PID参数，轻松实现工艺掌握要求。
（4）串级掌握通常由一台单回路PID调整器和一台外给定调整器构成，也可以选用一台可编程序调整器。
可编程序调整器功能强大，便于实现温度、压力、流量、液位PH、酸度、浑浊度等掌握项目的串级、选择、批量、交叉、比值、数学运算等简单的连续过程掌握，价格也略高。
（5）温控仪也是一种PID调整器，特殊是生产过程中要求对温度根据工艺曲线变化、超调小或无超调、控温稳定性好的场合，对温控仪的掌握效果就有些苛刻！在PID参数整定合理、掌握方案不存在问题状况下，不同厂家固化在PID调整器芯片内的掌握算法程序不同，不同品牌温控仪的温度掌握效果也就存在很大差别，所以再此特殊提示：不是全部名称为“温控仪”的仪表都能将温度掌握到你所期望到达的水平，选择需谨慎。
（6）全部数字调整器均P、I、D功能，但并不是全部工况都同时用到这三个功能，PID功能的选用参见下表：被掌握的变量PID调整器选择温度PID（同时使用比列、积分和微分）压力PI（使用比列、积分，不用微分）流量PI（使用比列、积分，不用微分）液位PI（使用比列、积分，不用微分）成分PID（同时使用比列、积分和微分）2、正确选择PID调整器正反作用数字调整器的正反作用是用软件通过参数设定来选择。
PID调节参数及方法
PID调节参数及方法PID控制是一种常用的自动控制方法，它可以根据系统的实时反馈信息，即误差信号，来调整控制器的输出信号，从而实现系统的稳定性和性能优化。
PID调节参数是PID控制器中的比例系数、积分系数和微分系数。
调节这些参数可以达到所需的动态性能和稳态精度。
下面将介绍PID调节参数及常用的调节方法。
1.比例系数（Kp）：比例系数用来调节控制器输出信号与误差信号的线性关系。
增大比例系数可以加快系统的响应速度，但可能会引起系统的超调和不稳定。
减小比例系数可以提高稳定性，但可能会导致系统的响应速度变慢。
调节比例系数的方法一般有经验法和试探法。
经验法：根据经验将比例系数初值设为1，然后逐渐增大或减小，观察系统的响应情况。
当增大比例系数时，如果系统的超调量明显增加，则应适当减小比例系数；相反，如果系统的超调量过小，则应适当增大比例系数。
反复调节，直到得到满意的响应。
试探法：根据系统的特性进行试探调节。
根据系统的频率响应曲线或步跃响应曲线，选择适当的比例系数初值，然后逐渐增大或减小，观察系统的响应。
如果系统的过冲量大，则应适当减小比例系数；如果系统的响应速度慢，则应适当增大比例系数。
反复试探调节，直到得到满意的响应。
2.积分系数（Ki）：积分系数用来补偿系统的静差，增加系统的稳态精度。
增大积分系数可以减小系统的稳态误差，但可能会引起系统的震荡和不稳定。
减小积分系数可以提高稳定性，但可能会导致系统的静差增大。
调节积分系数的方法一般有试探法和校正法。
试探法：将积分系数初值设为0，然后逐渐增大，观察系统的响应。
如果系统的震荡明显增强，则应适当减小积分系数；相反，如果系统的响应速度慢，则应适当增大积分系数。
反复试探调节，直到得到满意的响应。
校正法：根据系统的静态特性进行校正调节。
首先将比例系数设为一个适当的值，然后减小积分系数，直到系统的静差满足要求。
这种方法通常用于对稳态精度要求较高的系统。
3.微分系数（Kd）：微分系数用来补偿系统的过冲和速度变化，增加系统的相对稳定性。
pid调节参数设置口诀详解
pid调节参数设置口诀详解PID调节是控制系统中常用的一种调节方法，其调节参数的设置对系统性能的影响非常大。
在实际控制中，PID调节参数的设置往往是一项比较繁琐的工作，需要根据实际情况进行反复调整和优化。
本文将从PID调节的基本原理入手，详细介绍PID调节参数设置的口诀和实际应用技巧，帮助读者更好地掌握PID调节的调节方法和技巧。
一、PID调节的基本原理PID调节是一种反馈控制方法，其目的是通过对控制系统的输出信号进行反馈，控制系统的输入信号，使其达到预期的目标值。
PID 调节是通过对系统的误差进行反馈，对系统进行调节，使其达到预期的稳态工作状态。
其中，PID调节的三个参数分别为比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd，它们分别对应着PID调节器的三个部分：比例部分、积分部分和微分部分。
比例部分：比例系数Kp是PID控制器中比例部分的系数，它决定了输出与误差之间的线性关系。
当误差增加时，比例系数Kp会使输出增加，从而加速误差的消除。
积分部分：积分系数Ki是PID控制器中积分部分的系数，它决定了输出与误差积分之间的关系。
当误差积分增加时，积分系数Ki 会使输出增加，从而加速误差的消除。
微分部分：微分系数Kd是PID控制器中微分部分的系数，它决定了输出与误差微分之间的关系。
当误差微分增加时，微分系数Kd 会使输出减小，从而减缓误差的消除。
二、PID调节参数设置的口诀1、比例系数Kp的设置口诀比例系数Kp的设置是PID调节中最为重要的一项，它决定了控制系统的稳定性和响应速度。
一般来说，比例系数Kp的值越大，系统的响应速度越快，但稳定性越差；反之，比例系数Kp的值越小，系统的响应速度越慢，但稳定性越好。
比例系数Kp的设置口诀如下：（1）初始值：根据经验设置一个初始值，一般取系统的比例带宽的1/10左右。
（2）逐步增加：从初始值开始，逐步增加比例系数Kp的值，直到系统开始出现震荡。
（3）震荡边界：当系统开始出现震荡时，将此时的比例系数Kp 值作为震荡边界。
pid调节参数设置技巧
PID调节参数设置技巧1. 简介PID控制是一种常用的闭环控制算法，用于调节系统的输出使其与期望值尽可能接近。
PID控制器通过调节三个参数，即比例增益（Proportional Gain，简称P）、积分时间（Integral Time，简称I）和微分时间（Derivative Time，简称D），来实现对系统的精确控制。
在实际应用中，合适的PID参数的选择对于系统的稳定性和性能至关重要。
本文将介绍一些PID调节参数设置的技巧，帮助您更好地调节PID控制器。
2. 初始参数设定在开始调节PID参数之前，首先需要设定一组初始参数。
这些参数将作为起点，通过逐步调节的方式找到最适合系统的PID参数。
通常情况下，可以将P参数设定为一个较大的值，I参数设定为一个较小的值，而D参数设定为零。
具体的数值可以根据系统的特性和要求进行调整。
3. 步骤一：调节P参数P参数是比例增益参数，用于响应系统输出与期望值之间的差异。
当P参数过大时，系统输出可能会发生超调现象；当P参数过小时，系统回应速度可能会缓慢。
为了调节P参数，可以按照以下步骤进行： - 将P参数设定为一个较小的值，例如0.1。
- 观察系统的响应，检查是否有超调现象，以及系统是否能够快速达到期望值。
- 如果出现超调现象，可以逐步增大P参数，直到超调现象消失。
- 如果系统响应较慢，可以逐步减小P参数，直到系统能够快速达到期望值。
需要注意的是，P参数的调节通常是一个迭代的过程，需要多次试验和调整，以找到最适合系统的参数。
4. 步骤二：调节I参数I参数是积分时间参数，用于消除系统静差。
当I参数过大时，系统可能会产生积分饱和现象；当I参数过小时，系统的静差可能无法完全消除。
为了调节I参数，可以按照以下步骤进行： - 将I参数设定为一个较小的值，例如0.001。
- 观察系统的静差情况，如果系统的输出与期望值之间存在较大的差异，说明静差未能完全消除。
- 如果系统存在静差，可以逐步增大I参数，直到静差消失。
PID参数设置及调节方法
PID参数设置及调节方法1.什么是PID控制器？PID控制器是一种常用的闭环控制器，用于自动调节系统输出以使系统响应达到期望值。
PID控制器由三个部分组成：比例（Proportional），积分（Integral）和微分（Derivative）。
比例部分根据当前误差调整输出，积分部分根据过去误差的累积调整输出，微分部分根据误差的变化率调整输出。
2.PID参数PID控制器的性能取决于三个参数：比例增益（Kp）、积分时间（Ti）和微分时间（Td）。
PID参数越合理，系统响应越快、稳定。
3.PID参数设置方法设置PID参数的一般方法包括试验法、Ziegler-Nichols法和频率响应法等。
(1)试验法：通过对系统进行试验，手动调节PID参数，观察系统响应并调整参数至效果最佳。
试验法简单有效，但需要经验和时间。
(2) Ziegler-Nichols法：通过观察系统的临界响应，确定合适的PID参数。
Ziegler-Nichols法中共有三种方法：经验法、连续模型法和离散模型法。
这些方法根据系统的临界增益(Ku)和临界周期(Tu)计算PID参数。
经验法适用于简单的系统，连续模型法适用于具有较强非线性的系统，离散模型法适用于数字控制系统。
(3)频率响应法：通过对系统进行频率响应测试，根据系统的频率特性确定PID参数。
频率响应法需要用到系统的传递函数，适用于线性、时不变的系统。
4.PID参数调节方法当得到了初步的PID参数后，还需要进行参数调节才能达到期望的控制效果。
(1)手动调参法：根据系统的响应特性，手工调整PID参数。
首先将积分和微分增益设置为零，仅调整比例增益。
根据系统的超调量和调整时间，逐渐增加积分和微分增益，直到系统响应满足要求为止。
(2)自动调参法：利用自适应算法或优化算法自动调整PID参数。
自适应算法根据系统响应实时调整PID参数，如基于模型参考自适应控制（MRAC）算法。
优化算法通过目标函数最小化或优化算法最佳PID参数。
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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
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：
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
()()()()()()()dt
du C R U R R iR r U 1121122--
=-=
()()()()()()()
()()
11...........11........11.. 0
R u i dt du C c i c i i f i N n u p u =
=+===点的电流方程为根据
()()()()()()
()()()()()
()()()()()()()()()()()⎰⎰⎰⎰--⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-=--
=+-=⨯-
=udt
C R dt du C R U C C R R U dt u C R u C C dt R u dtdt dt du C C dt i C c U 211
12121120121112111121212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
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：()()()()()()()()⎰-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-=udt C R U C C R R U 211
121120 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：()()()()()()()()dt du C R U C C R R U 12121120-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-=
六、性能测试与分析:
（一）当输入为正弦信号：
1、R1=5K Ώ R2=2.5 K Ώ 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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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=5KΏR2=2.5 KΏC1=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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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=5KΏR2=2.5 KΏC1=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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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
1、R1=5KΏR2=2.5 KΏC1=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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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=2.5KΏR2=2.5 KΏC1=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。
七、结论与心得
通过这次开放性实验，使我们比较深入地掌握了负反馈放大电路的设计方法，以及比例运算电路、微分电路和积分电路的设计方法；并且学会了制作电路，熟练了电路焊接方法以及掌握调试方法与测试参数；同时还提高了我们的动手能力和测试技术能力。
八、参考文献
［１］童诗白、华成英《模拟电子技术基础》第三版
［２］http:// bbs. ekv. cn/（PID调节概念及基本原理--千伏网）
［３］李万成、谢红《模拟电子技术基础实验与课程设计》
［４］王港元《电工电子实践指导》。