一种用于PID控制器的抗积分饱和模拟电路制造技术

一种用于PID控制器的抗积分饱和模拟电路，利用相向设置的一对二极管，尤其，利用其中与误差放大器输出端反向连接的稳压二极管，限制该输出端电压的上限。利用二极管的特性，限制饱和电压低于误差放大器的供电电源，从而实现误差放大器的退积分饱和。本实用新型专利技术的电路结构简单，通过二极管的并联，能够在不影响所述误差放大器输出精度的同时，有效降低积分饱和幅度，并且，有效降低积分饱和深度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于PID控制器的抗积分饱和模拟电路
本技术涉及自动控制系统，尤其涉及一种针对PID控制器的抗积分饱和电路。
技术介绍
目前的自动控制系统为使控制器获得良好稳定性，通常在高精度控制场合会实用PID控制器。而采用PID控制器会遇到积分饱和问题。通常，在数字电路下，采用积分分离法、遇限削弱积分PID控制等算法进行抗积分饱和。数字电路中解决饱和问题的几种方法，都需要实时不断采集数据(包括采集PID输入端或者输出端)、比较，然后判断是否往饱和的方向发展。如果判断具备往饱和方向发展的趋势，则立即实施负反馈或者干脆停止积分工作，进而实现抗饱和。而由于模拟电路中，无法而实时进行采样、判断，上述这些方法放在模拟电路中很难实现。或者说就算实了，也需要设计相当复杂的电路。举例来说，如果让DSP计算1+2+3+～～～～～10000个值的和，数字电路中仅需很简单的一条指令，但是如果用模拟电路来计算则需要庞大的运算电路。现有模拟电路中，解决饱和问题，大多依赖于复杂的电路结构，不简洁，也给工程上的调试带来很大不便。因此，目前急需一种电路结构简洁，且能够有效解决积分饱和问题的模拟电路。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种用于PID控制器的抗积分饱和模拟电路，在有效降低积分饱和幅度的同时，有效降低积分饱和深度。为实现上述目的，本技术提供的抗积分饱和模拟电路，包括误差放大器、PID控制器及其外围电路，还包括第一二极管、第二二极管、负偏电源和偏置电阻，所述第二二极管为稳压二极管；所述第一二极管和所述第二二极管的正极相连，所述第二二极管的负极连接所述误差放大器的输出端，所述第一二极管的负极连接所述误差放大器的采样电压端；所述偏置电阻的一端连接所述第二二极管的正极，所述偏置电阻的另一端连接所述负偏电源。其中，所述偏置电阻阻值R3＝VCC/偏置电流。其中，所述偏置电流大于所述稳压二极管导通时的启动电流。上述抗积分饱和模拟电路中，所述稳压二极管的稳压值VZ＝VCC/4，其中，VCC为所述误差放大器的供电电压。同时，所述误差放大器的基准电压VREF可取，VREF＝VCC/4。更进一步，上述抗积分饱和模拟电路中，所述第一二极管可为稳压二极管或硅二极管。本技术和现有方案相比具有如下技术效果:1.本技术通过稳压二极管，在误差放大器输出端电压值VE超出VZ+VD时(VZ为稳压二极管的稳压值，VD为第一二极管的导通压降)，通过稳压二极管将误差放大器输出端电压值VE的最大电压限制在VEMAX＝VREF+VD+VZ，从而限制积分饱和的深度，有利于误差放大器退积分饱和；同时，2.进一步的，考虑到第二二极管DZ与第一二极管D1均存在漏电流，为避免误差放大器输出端VE通过DZ时出现uA级别的漏电流，影响误差放大器的输出精度，本技术还在增设有偏置电阻R3和负偏电源-VCC。由偏置电阻R3和负偏电源-VCC提供一个偏置电流通道，使得控制器没有饱和时不会因稳压二极管和二极管的漏电流影响其输出精度。3.再进一步，为保证稳压二极管稳压值足够容纳误差放大器输出端电压的正常波动，所述稳压二极管的稳压值VZ＝VCC/4，其中，VCC为所述误差放大器的供电电压；VCC＝4VREF，其中，VREF为所述误差放大器的基准电压。4.此外，考虑到误差放大器供电由正电源供电，电路本身不存在负饱和，因而，可以仅使用一个稳压二极管反向连接误差放大器的输出端，在所述误差放大器的采样电压端，仅使用普通的硅二极管防止上述稳压二极管在所述误差放大器未进入饱和状态时出现正向导通。以此进一步简化电路，降低电路硬件成本。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本技术的实施例一起，用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1为根据本技术的针对PID控制器的抗积分饱和电路架构图；图2为现有PID控制器电路图。具体实施方式以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。图2为现有的PID控制器架构图。其中，VREF是误差放大器的基准电压，VS是采样电压，VE是误差放大器输出的误差放大信号，PID调节(或图1所示的PID控制)是任意RC网络组成的PID控制器，VCC是误差放大器的供电电源。采样电压VS与基准电压VREF进行比较，输出误差放大信号VE。通常的控制系统中，VS值是非常接近VREF值的，如果某一时刻因负载突然变大引起VS值突然变小造成误差放大器输出VE值出现正向的阶跃，当这个阶跃信号超出控制范围，那么实际的VE值就会很快触及误差放大器能够输出的最大电压，通常RailtoRail(轨到轨)的误差放大器能够输出最大电压的接近其供电电压VCC。但是，一旦VE值达到VCC值，就出现了积分饱和现象。在积分饱和情况下，即使VS值再变小VE值也不会继续变化。只有当VS值较之前进行反向调节的时候，才能使VE值从深饱和区经过时间T慢慢退出来，该时间T即为误差放大器退饱和时间。当VE值退回正常的控制范围，又会随着VS值变化而改变VE值进行正常的控制。这种积分饱和造成的控制器的超调现象长会导致系统出现不期望的效应甚至会损坏PID控制器的器件，造成更严重的影响，因此，在自动控制中必须做抗积分饱和的措施本技术书提供的抗积分饱和模拟电路如图1所示。包括误差放大器、PID控制器及其外围电路，还包括第一二极管D1和第二二极管DZ，所述第二二极管DZ为稳压二极管；所述第一二极管D1和所述第二二极管DZ的正极相连，所述第二二极管DZ的负极连接所述误差放大器的输出端，所述第一二极管D1的负极连接所述误差放大器的采样电压端。本技术中，抗积分饱和措施同时从两个方面进行：既要降低积分饱和幅度也要降低积分饱和深度。因此电路的工作过程如下：当VE小于VZ时，由于稳压管工作的前提是反向电压大于ZV值，这个条件和-VCC无关也和VF无关。因而，此时，D1和DZ不工作，抗饱和电路不工作，控制器正常工作。某一时刻，因负载突然变大引起VS值突然变小即前面描述的VE值出现正向的阶跃时，若VE大于(VZ+VD)，稳压管DZ和二极管D1工作，这时VE的最大电压VEMAX被限制在VEMAX＝VREF+VD+VZ，当VEMAX＝VREF+VD+VZ<VCC时，即饱和电压值低于供电电源值时，有利于误差放大器退积分饱和。因为，假设VE不饱和时正常电压最大值是2V,若饱和时电压是12V和6V这2种电压，那么很明显6V恢复到2V的时间明显小于12V恢复到2V的时间，速度一定的情况下，路程越远的，时间也就越长，也就意味着退饱和时间变长，不利于退积分饱和。较佳实施例如：令二极管导通压降为VD＝0.7V,稳压管的稳压值为VZ＝1/4*VCC,VREF＝1/4*VCC，VCC＝12V,-VCC＝-12V,VEMAX＝VREF+VD+VZ＝1/4*VCC+0.7V+1/4*VCC＝1/2*VCC+0.7V<<VCC,此时将饱和的电压值幅度大为降低有利于在极短时间内误差放大器退积分饱和。假设VS继续变小,导致VEMAX出现了一个ΔVE增量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于PID控制器的抗积分饱和模拟电路，包括，误差放大器和PID控制器，其特征在于，还包括第一二极管(D1)、第二二极管(DZ)、负偏电源(‑VCC)和偏置电阻(R3)，所述第二二极管(DZ)为稳压二极管；所述第一二极管(D1)和所述第二二极管(DZ)的正极相连，所述第二二极管(DZ)的负极连接所述误差放大器的输出端，所述第一二极管(D1)的负极连接所述误差放大器的采样电压端；所述偏置电阻(R3)的一端连接所述第二二极管(DZ)的正极，所述偏置电阻(R3)的另一端连接所述负偏电源(‑VCC)。

【技术特征摘要】
1.一种用于PID控制器的抗积分饱和模拟电路，包括，误差放大器和PID控制器，其特征在于，还包括第一二极管(D1)、第二二极管(DZ)、负偏电源(-VCC)和偏置电阻(R3)，所述第二二极管(DZ)为稳压二极管；所述第一二极管(D1)和所述第二二极管(DZ)的正极相连，所述第二二极管(DZ)的负极连接所述误差放大器的输出端，所述第一二极管(D1)的负极连接所述误差放大器的采样电压端；所述偏置电阻(R3)的一端连接所述第二二极管(DZ)的正极，所述偏置电阻(R3)的另一端连接所述负偏电源(-VCC)。2.如权利要求1所述的用于PID控制器的抗积分饱和模拟电路，其特征在于，所述偏置电阻(R3)阻值R3＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙益余，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：艾德克斯电子南京有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32