[实用新型]一种用于PID控制器的抗积分饱和模拟电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及自动控制系统，尤其涉及一种针对PID控制器的抗积分饱和电路。

背景技术

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。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本实用新型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，本实用新型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。

本实用新型和现有方案相比具有如下技术效果:

1.本实用新型通过稳压二极管，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，本实用新型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

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本实用新型的实施例一起，用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为根据本实用新型的针对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

以下结合附图对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。