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歡迎技術大牛討論數字電源閉環控制PID參數的整定

     與傳統的模擬電源相比,數字電源的主要區別是控制與通信部分。在簡單易用、參數變更要求不多的應用場合,模擬電源產品更具優勢,因為其應用的針對性可以通過硬件固化來實現,而在可控因素較多、實時反應速度更快、需要多個模擬系統電源管理的、復雜的高性能系統應用中,數字電源則具有優勢。 數字電源發展現在越來越好,也越來越接近我們電源工程師了,但是在閉環控制中,多數用PID進行閉環控制,PID控制是通過參量Kp,Ti,Td起作用的,這3個參量大小不同,就是比例,積分,微分作用強弱的變化。

   請高手出來討論如何整定這3個參量,個人對于這個不是很精通,但是感覺建模仿真是比較有效的手段,那我就先來討論下如何建模和具體步驟。。

建模與仿真

    PID控制器是目前在過程控制中應用最為普遍的控制器,它通常可以采用以下幾種形式:比例控制器,比例微分控制器,比例積分控制器,標準控制器。

下面通過一個例子來介紹PID控制器的設計過程。

假設某彈簧(阻尼系統)如圖1所示,。讓我們來設計不同的PPDPIPID校正裝置,構成反饋系統。來比較其優略。

系統需要滿足:

(1)較快的上升時間和過渡過程時間;

(2)較小的超調;

(3)無靜差。

  

 下圖為彈簧阻尼系統

QQ截圖20140911103006

系統的模型可描述如下:

1)、繪制未加入校正裝置的系統開環階躍響應曲線。

根據系統的開環傳遞函數,程序如下:

clear;

t=0:0.01:2;

num=1;

den=[1 10 20];

c=step(num,den,t);

plot(t,c);

xlabel('Time-Sec');

ylabel('y');

title('Step Response');

grid;

 

系統的階躍響應曲線如圖2 

QQ截圖20140911103225

2)、加入P校正裝置

我們知道,增加可以降低靜態誤差,減少上升時間和過渡時間,因此首先選擇P校正,也就是加入一個比例放大器。此時,系統的閉環傳遞函數為:

    

全部回復(38)
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2014-09-11 11:03
一個系統包含很多環節不好搞,還是實驗為主,D很少用到,一般都是PI
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2014-09-11 13:08

一個是模擬化調節,一個是數字化調節,不容易啊!還得離散化處理。

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2014-09-11 14:13
PID控制,實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 
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2014-09-11 15:27

我們的步驟一般是  1.建立數學模型,寫出傳遞函數 2.根據控制原理里面的不同類型系統進行設計,這種方法在設計過程中需要忽略或合并很多環節,計算出的PI參數需要在做調整,我最近做逆變器的電壓外環和電流內環用的是matlab中的sisotool工具箱,建立好數學模型后,可調整不斷調整幅值裕度和相位裕度,同時觀察階躍響應,系統會自動生成一組PI參數,這種方法還挺有效,在實際系統中效果相對比較好 

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2014-09-12 17:34

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2014-09-12 17:36
@sddcacaxzx
[圖片]

在工程實際中,應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調節。PID基本控制規律可描述為:U(t)= Kp*e(t) + Ki*∫e(t)dt + Kd*de(t)/dt,其中 et)為誤差,U(t)PID控制器輸出,Kp, Ki, Kd分別為比例、積分、微分增益,在控制過程中,Kp, Ki, Kd,的表現為1Kp越大系統響應速度越快,但是系統的超調隨著增加,調節時間也隨著增長.Kp增大到一定值后,閉環將趨于不穩定;2:積分存在其目的為了消除穩態誤差,只要誤差存在,積分控制就起作用直至消除誤差,Ki越大響應越慢,越小響應越快;3微分項能預測誤差的變化趨勢,所以就能提前使抑制誤差的作用等于零甚至為負值,從而避免被控量的嚴重超調。因此對有較大慣性或滯后的被控象,比例微分(PD控制器能改善系統在調節過程中的動態性。

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2014-09-12 17:39

PID參數整定通常有兩種方法:1.利用MAITLABSimulink仿真;2.試湊法。

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2014-09-12 17:40
@得意的小女生
一個是模擬化調節,一個是數字化調節,不容易啊!還得離散化處理。
這樣試出來的電路的帶寬會不會很小啊
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2014-09-12 17:43

樓主使用的是試湊法??

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大財主11
LV.4
11
2014-09-12 18:18
好像目前數字電源設計的方法有兩種:(1)把模擬控制的方法通過z變換轉換成數字控制方法。(2)直接用數字的方法設計。熟悉了模擬控制方法的工程師比較傾向于用第一種方法吧。我看過一篇文章也是采用第一種方法的確定的PID參數。只是比平常模擬控制的方法多了一步z變換。
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大財主11
LV.4
12
2014-09-12 18:18
@zhangx84265
PID控制,實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 
目前數字電源設計的方法有兩種:(1)把模擬控制的方法通過z變換轉換成數字控制方法。(2)直接用數字的方法設計。熟悉了模擬控制方法的工程師比較傾向于用第一種方法吧。
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dakjncdc
LV.7
13
2014-09-12 18:44

我一直是用試驗法,就是感覺很麻煩。嗯,我也是用PI,我的調試方法是先去掉I,反復調試P,調好后再慢慢加I量,再反復調到滿意的狀態。能不能講講你的調試技巧?供我們學習下

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dakjncdc
LV.7
14
2014-09-12 18:46
@我愛莫某某
我們的步驟一般是 1.建立數學模型,寫出傳遞函數2.根據控制原理里面的不同類型系統進行設計,這種方法在設計過程中需要忽略或合并很多環節,計算出的PI參數需要在做調整,我最近做逆變器的電壓外環和電流內環用的是matlab中的sisotool工具箱,建立好數學模型后,可調整不斷調整幅值裕度和相位裕度,同時觀察階躍響應,系統會自動生成一組PI參數,這種方法還挺有效,在實際系統中效果相對比較好 
電路的帶寬小不小啊?樓主有沒有測試呢??
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2014-09-13 08:28
@q若不棄永相惜q
一個系統包含很多環節不好搞,還是實驗為主,D很少用到,一般都是PI
確實,不過PID控制確實性能很不錯
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2014-09-13 08:28
@得意的小女生
一個是模擬化調節,一個是數字化調節,不容易啊!還得離散化處理。
嗯嗯,請教下如何進行離散化處理呢??
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2014-09-13 08:29
@zhangx84265
PID控制,實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 
您有沒有PID控制器經驗呢?求指導。。
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2014-09-13 08:30
@幾代人的成功
PID參數整定通常有兩種方法:1.利用MAITLAB作Simulink仿真;2.試湊法。
能不能講講你的調試技巧?供我們學習下。。
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2014-09-13 08:30
@李潛來報道
樓主使用的是試湊法??
嗯嗯 我使用的是試湊法的。。但是效果不明顯。。
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2014-09-13 08:31
@大財主11
好像目前數字電源設計的方法有兩種:(1)把模擬控制的方法通過z變換轉換成數字控制方法。(2)直接用數字的方法設計。熟悉了模擬控制方法的工程師比較傾向于用第一種方法吧。我看過一篇文章也是采用第一種方法的確定的PID參數。只是比平常模擬控制的方法多了一步z變換。
表示現在只會試湊法。。
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2014-09-13 15:21
新人對于閉環控制PID參數的整定不是很懂,大神來分享經驗。。。
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2014-09-13 15:22
@sddcacaxzx
在工程實際中,應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調節。PID基本控制規律可描述為:U(t)= Kp*e(t) + Ki*∫e(t)dt + Kd*(de(t)/dt),其中 e(t)為誤差,U(t)為PID控制器輸出,Kp, Ki, Kd分別為比例、積分、微分增益,在控制過程中,Kp, Ki, Kd,的表現為: 1:Kp越大系統響應速度越快,但是系統的超調隨著增加,調節時間也隨著增長.當Kp增大到一定值后,閉環將趨于不穩定;2:積分存在其目的為了消除穩態誤差,只要誤差存在,積分控制就起作用直至消除誤差,Ki越大響應越慢,越小響應越快;3:微分項能預測誤差的變化趨勢,所以就能提前使抑制誤差的作用等于零甚至為負值,從而避免被控量的嚴重超調。因此對有較大慣性或滯后的被控象,比例微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態性。
好復雜的樣子。。都用上了微積分了啊。。。
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2014-09-14 08:35
@dakjncdc
我一直是用試驗法,就是感覺很麻煩。嗯,我也是用PI,我的調試方法是先去掉I,反復調試P,調好后再慢慢加I量,再反復調到滿意的狀態。能不能講講你的調試技巧?供我們學習下
不好意思 我也是新手 略懂皮毛
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2014-09-14 08:35
@很安靜的人
新人對于閉環控制PID參數的整定不是很懂,大神來分享經驗。。。
不好意思 我也是新手 略懂皮毛
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91688sj
LV.2
25
2014-09-15 08:26

如果是數字PID電源,那么自控教科書里有成熟的整定方法。照做就是了。也可以這樣做,因為這幾種形式的開關電源的反饋框圖都有了,補償部分是s域的,連續的,你要把PWM的開關方式當作模擬的。之后,就要把補償的那個PID,也好其他補償方式也罷,離散化處理就可以了。但采樣周期怎么也得是開關頻率的0.1倍為好。

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91688sj
LV.2
26
2014-09-15 08:27
@sddcacaxzx
在工程實際中,應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調節。PID基本控制規律可描述為:U(t)= Kp*e(t) + Ki*∫e(t)dt + Kd*(de(t)/dt),其中 e(t)為誤差,U(t)為PID控制器輸出,Kp, Ki, Kd分別為比例、積分、微分增益,在控制過程中,Kp, Ki, Kd,的表現為: 1:Kp越大系統響應速度越快,但是系統的超調隨著增加,調節時間也隨著增長.當Kp增大到一定值后,閉環將趨于不穩定;2:積分存在其目的為了消除穩態誤差,只要誤差存在,積分控制就起作用直至消除誤差,Ki越大響應越慢,越小響應越快;3:微分項能預測誤差的變化趨勢,所以就能提前使抑制誤差的作用等于零甚至為負值,從而避免被控量的嚴重超調。因此對有較大慣性或滯后的被控象,比例微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態性。
是為正確的方法~
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2014-09-15 08:31
這個問題好難弄的。。
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2014-09-15 08:32
@很安靜的人
新人對于閉環控制PID參數的整定不是很懂,大神來分享經驗。。。
PID這個問題很難弄的,只有靠經驗來積累學習。。
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dakjncdc
LV.7
29
2014-09-15 08:44
@陌路絕途
不好意思我也是新手略懂皮毛

閉環反饋對輸出電壓紋波有影響,良好的閉環,紋波會相應小,如果閉環發生振蕩會使紋波變大。。

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大財主11
LV.4
30
2014-09-15 17:07
仿真理想BUCK變換器時,不計電感和電容的等效串聯電阻,輸出電壓比計算所得要低,這是因為續流二極管的原因嗎?加入PID形成閉環回路,這個反饋會對主電路的輸出電壓有影響嗎
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bbs一哥
LV.5
31
2014-09-15 20:38
@我愛莫某某
我們的步驟一般是 1.建立數學模型,寫出傳遞函數2.根據控制原理里面的不同類型系統進行設計,這種方法在設計過程中需要忽略或合并很多環節,計算出的PI參數需要在做調整,我最近做逆變器的電壓外環和電流內環用的是matlab中的sisotool工具箱,建立好數學模型后,可調整不斷調整幅值裕度和相位裕度,同時觀察階躍響應,系統會自動生成一組PI參數,這種方法還挺有效,在實際系統中效果相對比較好 
有沒有這方便的學習資料?正是我想學習的,還有,MATLAB好不好學?
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