关于模拟电路设计之PID控制策略的介绍

模拟电路设计内容包括常用电子器件、常用半导体器件、集成运放的应用、分立元件电路设计案例、滤波器的设计与应用、RC方波振荡电路设计、信号产生与处理电路电源的设计、印制电路板的设计、常用电子测量仪器的原理和应用、基本电路主要参数的测量。

PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛用于工业控制当中。常规PID控制系统原理框图如下，该系统由模拟PID控制器以及被控对象组成。

PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差：e(t)=r(t)-y(t)

将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为：

式中：Kc - 比例系数;TI - 积分时间常数;TD - 微分时间常数。

一：PID 控制特点

原理简单，使用方便，适应性强：可以广泛应用于各个工业控制领域，鲁棒性强：即其控制品质对被控对象特征的变化不大敏感。

二：PID比例环节

P调节对偏差信号e(t)能够及时作出反应，无任何丝毫的滞后。输出u实际上是对起始值的增量，因此，当偏差e(t)为0时，u=0，并不意味着调节器没有输出，只说明此时u=u0。u0的大小是可以通过调整调节器的工作点加以改变的。简单来说，对于比例环节，偏差一旦产生，控制器就会立即产生控制作用，以减少偏差。

三：积分环节

I调节器的输出不仅与偏差信号的大小有关，还与偏差存在的时间长短有关。只要偏差存在，调节器的输出就会不断变化，直到偏差为零，调节器的输出才稳定下来不再变化。所以积分调节作用能自动消除余差。注意I调节的输出不像P调节那样随偏差为零而变到零。

积分调节的特点就是无差调节，只要偏差不为零，控制输出就不为零，它就要动作到把被调量的静差完全消除为止。而一旦被调量偏差e为零，积分调节器的输出就保持不变。积分调节具有滞后性质，对于同一个被控对象，I调节比P调节进行得要缓慢，除非积分速度无穷大，否则I调节就不能像P调节那样及时对偏差加以响应，而是滞后于偏差的变化，它的滞后性使其难以对干扰进行及时控制。

所以在工业控制中，积分环节通常和其他控制策略一起使用。简单来讲，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。