MOSFET

4.1.6PID运算放大电路

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基本运算放大电路（六） PID 运算放大电路位于书本的4.1.7节模拟电路书本中的运算放大电路还有好几种我们这里就不一一介绍了作为对基本运算放大电路的总结本节将介绍比例、积分、微分结合在一起的 PID 运转电路如图所示的电路涵盖了比例、积分和微分三种电路的基本成分电容 C3 和 R4 的作用是防止高频和低频分量饱和之前微分积分电路中已经用到过了根据它的具体取值我们可以忽略这两个元件不影响对整体电路的分析好，我们暂时把 C3 和 R4 擦除我们来计算根据节点电流相等也就是这两个支路电流等于这个总路电流我们可以列出第一个式子 iF = iC + iR 那么呢 iC、Cdu/dt R 的电流呢就是 u/R 这是第一个方程，第二个方程 ZF 端这个是 ZF 端的电压总电压等于 UO 的负电压电阻上电压是 iF 乘 R 电容上电压呢是 1/C 对 i 做积分好，我们把得到 iF 的表达式代入到这两个 iF 里面来我们就可以得到输出电压的表达式经过整理呢我们知道这么三项 uO 第一项叫做比例系数它跟输入电压成正比，这个叫比例系数第二项和输入电压的积分成比例，这个叫积分系数第三项呢和输入电压的微分成一定关系，这个叫微分系数所以图示电路总称呢 PID 运算电路 Proportion 积分微分我们对 PID 电路进行 TINA 仿真我们仅从输出电压表达式看不出这个电路有什么过人之处现在仿真一下这是瞬时仿真波形 PID 运算电路呢，经常用于反馈调节如图所示输入信号 VG1 代表给 PID 运算电路的误差量方波的上半部分代表上半周期的误差为+1 后半周期呢误差为-1 VF1 代表 PID 运算电路的结果输出量假定这个输出量反过头来会去影响 VG1 简单说就是，如果我 VF1 增大应该能导致 VG1 增大 VF1减小，应该能找出 VG1 减小我反馈的结果是想让 VG1 尽量为零我们对原仿真波形的细节进行放大我们把这一部分放大我们用治病来打个比方就是我们最终目的是希望通过反馈的结果 VF1 的反馈作用使得 VG1 的误差量为零希望它没有病那么当时间处于1.005秒的时候也就这个切换的瞬间误差量突然由+1变-1 这个我们可以认为是病情反向恶化这个时候由于比例运算机制那么为 VF1 由负向趋向为正原先是负的突然变正也就说现在要开始换药治病了药量呢与偏离健康的程度成正比与此同时呢由于 VG1 呢是突变的所以 VF1 产生了额外的微分反映这个尖峰这个尖峰呢，帮助误差量 VG1 尽快的恢复健康我们可以认为是病情突变所以在短时间内下猛药不仅是比例而且我还多了一点那么在接下来的时间里呢 VG1 的值没有发生变化，仍然保持负一那么我的误差量 VF1，反馈量就在不断的上升这是积分调节这我们可以认为是久病无效并且没有好转，那么我就持续加大用药量那么 PID 电路的本质呢是立足现在、不忘过去、展望将来那就是 P 就是现在负责对现行犯的错误作出反应那么错犯得越大当然惩罚会越重，这是常理在所有反馈中呢，P 调节总是需要的那么 I 呢是过去，是综合考虑过去的情况作出反应这就是以犯罪来说就是惩罚初犯与惯犯的区别惯犯就要加大个打击力度那么 D 呢代表将来，这是防控机制就是变化的趋势，如果发现苗头不对呢就要重拳出击这个就叫做微分那么 P、I、D 系数所占的比例，这三个系数和反馈系统是有关系的例如控温的反馈系统和电机调速的反馈系统 PID 系数那肯定不一样因为两者的传递函数不同，那么如果是药呢就是你同样的药用在不同的病上肯定效果快慢不一样要配置合适的 PID 参数有仪器比如说网络分析仪这种很贵的仪器可以帮忙但更多的呢凭借经验调节好，PID 小节我们再强调一句，运算放大电路目的不是做计算器而是对信号进行调理那么以 PID 为代表的调理电路呢它综合了比例、积分、微分三种运算放大电路比例 P 代表最朴素的误差越大，反馈越大的思想那积分 I 呢表达误差的持续时间持续的越久，反馈量也应该越大的思想微分 D 表示误差的变化率，变化越大反馈越大的思想通过 PID 运算就可以使系统的反馈更加快速、准确和可靠这也是我们信号调理的目的好，这节课就到这里