一种改善PID超调量与响应时间的控制电路的制作方法

一种改善pid超调量与响应时间的控制电路
技术领域
1.本发明属于自动控制技术领域，尤其是涉及一种改善pid超调量与响应时间的控制电路。


背景技术：

2.pid控制电路的应用十分广泛，在各种自动控制系统中，几乎都离不开pid控制电路。对于现有的pid控制电路，超调量与响应时间是一对矛盾体。超调量大时，响应时间必定短，反之，超调量小时，响应时间必定长。
3.理想的pid控制电路，其控制特征是：较小的超调量、较短的响应时间。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种改善pid超调量与响应时间的控制电路，以解决超调量与响应时间的矛盾。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一种改善pid超调量与响应时间的控制电路，包括pid控制电路和双向限幅电路，所述双向限幅电路对地端并接在所述pid控制电路的控制输出端与功率放大电路的输入端之间，所述功率放大电路的输出端连接被控对象。
7.进一步的，所述双向限幅电路包括运算放大器u1和运算放大器u2，电容c1、c2分别跨接在u1、u2的负向输入端与输出端之间；正电压+vcc通过依次串联的电阻r1、r2、r3与负电压－vcc相连；u1的正向输入端与电阻r1、r2的公共点相连；u2的正向输入端与电阻r2、r3的公共点相连；二极管d1的阴极与u1的输出端相连；二极管d2的阳极与u2的输出端相连；二极管d1的阳极与二极管d2的阴极相连作为双向限幅电路的输入与pid控制电路的控制输出相连。
8.相对于现有技术，本发明具有以下优势：
9.(1)本发明所述的一种改善pid超调量与响应时间的控制电路通过对传统pid控制电路的改进设计，能够有效解决传统pid控制电路超调量与响应时间之间的矛盾；能够减小传统pid控制电路超调量的同时，还可以缩短其响应时间；
10.(2)本发明所述的一种改善pid超调量与响应时间的控制电路，可广泛应用于各种具有pid控制电路的自动控制系统中，操作简单，可实施性强。
附图说明
11.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
12.图1为本发明实施例所述的一种改善pid超调量与响应时间的控制电路原理图。
13.图2为本发明实施例所述的实施效果示意图。
14.图3为本发明实施例所述的双向限幅电路原理图。
具体实施方式
15.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
16.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
17.如图1所示，一种改善pid超调量与响应时间的控制电路，包括pid控制电路和双向限幅电路。
18.所述双向限幅电路嵌入到所述pid控制电路中，具体为将双向限幅电路对地(信号)并接在pid控制电路的控制输出与功率放大输入之间。
19.所述双向限幅电路对所述pid控制电路的控制输出值进行双向限幅，以降低pid控制电路的超调量，并缩短其响应时间。
20.经过双向限幅的控制输出值，作为功率放大电路的输入，经电流放大后驱动被控对象。
21.如图2所示，本实施例的一种改善pid超调量与响应时间的控制电路，实施效果示意图。
22.所述波形ⅰ为pid控制电路的控制输出；波形ⅱ为经过双向限幅电路后的控制输出；v1为双向限幅电路的上限值；v2为双向限幅电路的下限值；t1为传统pid控制电路的响应时间；t2为改善后的pid控制电路响应时间。
23.所述波形ⅱ的幅值明显小于波形ⅰ的幅值，表示波形ⅱ的超调量小于波形ⅰ。
24.所述波形ⅱ的调节时间明显小于波形ⅰ的调节时间，表示波形ⅱ的响应时间小于波形ⅰ。
25.如图3所示为本发明实施例所述的双向限幅电路原理图。
26.所述u1、u2为两个运算放大器；电容c1、c2分别跨接在u1、u2的第6、7管脚之间；正电压+vcc通过串联的电阻r1、r2、r3与负电压－vcc相连；u1的第5管脚与电阻r1、r2的公共点相连；u2的第5管脚与电阻r2、r3的公共点相连；二极管d1的阴极与u1的第7管脚相连；二极管d2的阳极与u2的第7管脚相连；二极管d1的阳极与二极管d2的阴极相连，作为双向限幅电路的输入，与传统pid控制电路的控制输出相连。
27.电路原理：所述pid控制电路的控制输出值大于上限值v1时，通过二极管d1、电容c1反馈到运算放大器u1的第6管脚，第6管脚电压大于第5管脚电压时，u1第7管脚输出电压下降，通过二极管d1的嵌位作用，pid控制电路的控制输出值下降，当下降到v1值时，u1第7管脚输出电压上升，周而复始，pid控制电路的控制输出值最大不超过v1。
28.所述pid控制电路的控制输出值小于下限值v2时，通过二极管d2、电容c2反馈到运算放大器u2的第6管脚，第6管脚电压小于第5管脚电压时，u2第7管脚输出电压上升，通过二极管d2的嵌位作用，pid控制电路的控制输出值上升，当上升到v2值时，u2第7管脚输出电压下降，周而复始，pid控制电路的控制输出值最小不低于v2。
29.所述双向限幅电路的控制输出值最大不超过v1，最小不低于v2，起到双向限幅作用。
30.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种改善pid超调量与响应时间的控制电路，其特征在于：包括pid控制电路和双向限幅电路，所述双向限幅电路对地端并接在所述pid控制电路的控制输出端与功率放大电路的输入端之间，所述功率放大电路的输出端连接被控对象。2.根据权利要求1所述的一种改善pid超调量与响应时间的控制电路，其特征在于：所述双向限幅电路包括运算放大器u1和运算放大器u2，电容c1、c2分别跨接在u1、u2的负向输入端与输出端之间；正电压+vcc通过依次串联的电阻r1、r2、r3与负电压－vcc相连；u1的正向输入端与电阻r1、r2的公共点相连；u2的正向输入端与电阻r2、r3的公共点相连；二极管d1的阴极与u1的输出端相连；二极管d2的阳极与u2的输出端相连；二极管d1的阳极与二极管d2的阴极相连作为双向限幅电路的输入与pid控制电路的控制输出相连。

技术总结
本发明提供了一种改善PID超调量与响应时间的控制电路，包括PID控制电路和双向限幅电路，所述双向限幅电路对地端并接在所述PID控制电路的控制输出端与功率放大电路的输入端之间，所述功率放大电路的输出端连接被控对象。本发明所述的一种改善PID超调量与响应时间的控制电路通过对传统PID控制电路的改进设计，能够有效解决传统PID控制电路超调量与响应时间之间的矛盾；能够减小传统PID控制电路超调量的同时，还可以缩短其响应时间。还可以缩短其响应时间。还可以缩短其响应时间。


技术研发人员：杨俊恩 陈艾君 褚全红 龚思扬 白思春
受保护的技术使用者：中国北方发动机研究所（天津）
技术研发日：2021.06.18
技术公布日：2021/9/6