專利名稱：一種用于電動(dòng)舵機(jī)的變參數(shù)pid控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于電動(dòng)舵機(jī)的變參數(shù)PID控制電路，屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
PID控制是自動(dòng)控制中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論分析
表明，將這種控制規(guī)律用于大多數(shù)控制對(duì)象能夠得到比較滿意的結(jié)果。但是，由于航空制導(dǎo)武器上的電動(dòng)舵機(jī)工作環(huán)境存在著大慣性、非線性、強(qiáng)干擾等特性，用一組事先整定的PID參數(shù)實(shí)施控制難以達(dá)到很好的控制效果，尤其當(dāng)對(duì)象參數(shù)變化超過一定的范圍時(shí)，系統(tǒng)性能會(huì)明顯變差，甚至超出許多范圍。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了進(jìn)一步提高電動(dòng)舵機(jī)PID控制的性能，提出一種用于電動(dòng)舵機(jī)的變參數(shù)PID控制電路，針對(duì)動(dòng)態(tài)特性中的不同階段通過引入非線性函數(shù)來根據(jù)偏差的大小在線調(diào)節(jié)PID參數(shù)，以使系統(tǒng)獲得最佳的控制效果。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)用新型的一種用于電動(dòng)舵機(jī)的變參數(shù)PID控制電路，應(yīng)用于電動(dòng)舵機(jī)控制的閉環(huán)系統(tǒng)，電路的輸入端包括互為反相的閉環(huán)系統(tǒng)中輸入信號(hào)VI與閉環(huán)系統(tǒng)中反饋信號(hào)VF，輸出端為PID_0UT信號(hào)也即PID控制結(jié)果，變參數(shù)PID控制電路由濾波電路、PID電路、加法電路、偏差判斷電路及開關(guān)切換電路組成；輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF經(jīng)過濾波電路后連接在一起并分別進(jìn)入PID電路和加法電路的輸入端；PID電路包括串聯(lián)的積分電路、微分電路和比例放大電路，其輸入端即為輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF經(jīng)過濾波電路后連接在一起的信號(hào)，輸出端為PID_0UT信號(hào)也即PID控制
結(jié)果;加法電路用于對(duì)互為反相的輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF濾波后的結(jié)果進(jìn)行相加，其輸入端為輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF經(jīng)過濾波電路后連接在一起的信號(hào)，輸出端為輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF相加后的偏差結(jié)果并送入偏差判斷電路的輸入端；偏差判斷電路中通過引入?yún)⒖茧妷旱姆绞皆O(shè)定了偏差的上限和下限，偏差判斷電路的輸入端為加法電路的輸出端，偏差判斷電路的輸出端進(jìn)入開關(guān)切換電路的輸入端，當(dāng)偏差判斷電路判斷其輸入端的偏差結(jié)果在上限和下限的范圍之內(nèi)，則偏差判斷電路的輸出端為低電平，否則為高電平；開關(guān)切換電路的輸入端為偏差判斷電路的輸出端，開關(guān)切換電路的輸出端有兩組，當(dāng)開關(guān)切換電路的輸入端為高電平時(shí)，兩組輸出端均處于開通狀態(tài)，第一組通過投入并聯(lián)電阻的方式控制比例放大電路的比例參數(shù)，第二組通過投入并聯(lián)電容的方式控制積分電路的積分參數(shù)；當(dāng)開關(guān)切換電路的輸入端為低電平時(shí)，兩組輸出端均處于關(guān)斷狀態(tài)，所述并聯(lián)電路和并聯(lián)電容均不投入PID電路；本實(shí)用新型的一種用于電動(dòng)舵機(jī)的變參數(shù)PID控制電路，其應(yīng)用時(shí)控制方法的步驟為I)對(duì)目標(biāo)電動(dòng)舵機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)的控制過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模與仿真，仿真過程中以閉環(huán)系統(tǒng)中輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的偏差值Λ V的大小調(diào)整PID參數(shù)使系統(tǒng)控制達(dá)到滿足要求的效果為原則，根據(jù)仿真結(jié)果確定當(dāng)PID參數(shù)切換時(shí)輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的偏差值及對(duì)應(yīng)的PID參數(shù)表；2)設(shè)計(jì)變參數(shù)PID控制電路，其中開關(guān)切換電路中待投入的并聯(lián)電阻和并聯(lián)電容均采用步驟I)仿真結(jié)果中的PID參數(shù)表進(jìn)行數(shù)值匹配，偏差判斷電路中引入的表示偏差上限和下限的參考電壓根據(jù)步驟I)仿真結(jié)果中切換點(diǎn)來確定；3)將步驟2)設(shè)計(jì)好的變參數(shù)PID控制電路引入到電動(dòng)舵機(jī)控制中進(jìn)行工作，變參 數(shù)PID控制電路會(huì)根據(jù)電動(dòng)舵機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)中的輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的偏差值來控制開關(guān)切換電路兩組輸出端的開通與關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的在線調(diào)整。有益效果本實(shí)用新型有效地解決了航空制導(dǎo)武器電動(dòng)舵機(jī)在大慣性、非線性、強(qiáng)干擾等工作環(huán)境下，用一組事先整定的PID參數(shù)實(shí)施控制難以達(dá)到很好的控制效果的問題。針對(duì)動(dòng)態(tài)特性中的不同階段通過引入非線性函數(shù)根據(jù)偏差的大小在線調(diào)節(jié)PID參數(shù)，以使系統(tǒng)獲得最佳的控制效果。本實(shí)用新型的變參數(shù)PID控制電路設(shè)計(jì)合理、簡單可行，能夠有效的削弱系統(tǒng)抖振、增加系統(tǒng)魯棒性、提高控制精度，保證了系統(tǒng)在不同的控制階段擁有良好的控制品質(zhì)。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例中變參數(shù)PID控制電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明?！N用于電動(dòng)舵機(jī)的變參數(shù)PID控制電路，電路的輸入端包括互為反相的輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF，輸出端為PID_0UT信號(hào)也即PID控制結(jié)果，變參數(shù)PID控制電路由濾波電路、PID電路、加法電路、偏差判斷電路及開關(guān)切換電路組成；輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF經(jīng)過濾波電路后連接在一起并分別進(jìn)入PID電路和加法電路的輸入端；PID電路包括串聯(lián)的積分電路、微分電路和比例放大電路，其輸入端即為輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF經(jīng)過濾波電路后連接在一起的信號(hào)，輸出端為PID_0UT信號(hào)也即PID控制
結(jié)果;加法電路用于對(duì)互為反相的輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF濾波后的結(jié)果進(jìn)行相加，其輸入端為輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF經(jīng)過濾波電路后連接在一起的信號(hào)，輸出端為輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF相加后的偏差結(jié)果并送入偏差判斷電路的輸入端；偏差判斷電路中通過引入?yún)⒖茧妷旱姆绞皆O(shè)定了偏差的上限和下限，偏差判斷電路的輸入端為加法電路的輸出端，偏差判斷電路的輸出端進(jìn)入開關(guān)切換電路的輸入端，當(dāng)偏差判斷電路判斷其輸入端的偏差結(jié)果在上限和下限的范圍之內(nèi)，則偏差判斷電路的輸出端為低電平，否則為高電平；開關(guān)切換電路的輸入端為偏差判斷電路的輸出端，開關(guān)切換電路的輸出端有兩組，當(dāng)開關(guān)切換電路的輸入端為高電平時(shí)，兩組輸出端均處于開通狀態(tài)，第一組通過投入并聯(lián)電阻的方式控制比例放大電路的比例參數(shù)，第二組通過投入并聯(lián)電容的方式控制積分電路的積分參數(shù)；當(dāng)開關(guān)切換電路的輸入端為低電平時(shí)，兩組輸出端均處于關(guān)斷狀態(tài)，所述并聯(lián)電路和并聯(lián)電容均不投入PID電路。
實(shí)施例如圖I所示，電阻Rl、R2、R3、R4和電容Cl、C2構(gòu)成濾波電路，其輸入信號(hào)分別為互為反相的輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF ;電容C3、電阻R5、R6及運(yùn)算放大器UlA構(gòu)成了 PID電路中的積分電路，其中電容C3的大小影響積分參數(shù)，電阻R7、R8、R9、電容C4及運(yùn)算放大器UlB構(gòu)成了 PID電路中的微分電路，電阻R10、R11、R12、R13及運(yùn)算放大器UlC構(gòu)成了 PID 電路中的比例放大電路，其中電阻RlO的大小影響比例系數(shù)；電阻R14、R15及運(yùn)算放大器UlD構(gòu)成了加法電路；運(yùn)算放大器似4、似8與二極管01、02、02、電阻1 16、1 17、1 18、1 19組成了偏差判斷電路，其中運(yùn)算放大器U2A的比較端正端、運(yùn)算放大器U2B的比較端負(fù)端分別連接表示偏差的上限和下限的參考電壓Vref-、Vref+ ;待切換的并聯(lián)電阻Rx、并聯(lián)電容Cx和模擬開關(guān)U3構(gòu)成了開關(guān)切換電路，模擬開關(guān)U3采用了芯片AQW214，模擬開關(guān)U3的第一組輸出的兩個(gè)輸出端分別為芯片AQW214的引腳7和引腳8，引腳8通過電阻Rx連接到電阻RlO的一端P1，引腳7直接與RlO的一端P2相連，模擬開關(guān)U3的第二組輸出的兩個(gè)輸出端分別為芯片AQW214的引腳5和引腳6，引腳6通過電容Cx連接到電容C3的一端II，引腳5直接與電容C3的一端12相連；上述一種用于電動(dòng)舵機(jī)的變參數(shù)PID控制電路，將其應(yīng)用于電動(dòng)舵機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制方法的步驟為I)對(duì)目標(biāo)電動(dòng)舵機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)的控制過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模與仿真，仿真過程中以閉環(huán)系統(tǒng)中輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的偏差值Λ V的大小調(diào)整PID參數(shù)使系統(tǒng)控制達(dá)到滿足要求的效果為原則，根據(jù)仿真結(jié)果確定當(dāng)PID參數(shù)切換時(shí)輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的偏差值及對(duì)應(yīng)的PID參數(shù)表；2)設(shè)計(jì)變參數(shù)PID控制電路，其中開關(guān)切換電路中待投入的并聯(lián)電阻Rx和并聯(lián)電容Cx均采用步驟I)仿真結(jié)果中的PID參數(shù)表進(jìn)行數(shù)值匹配，偏差判斷電路中引入的表示偏差上限和下限的參考電壓Vref+與Vref-根據(jù)步驟I)仿真結(jié)果中切換點(diǎn)來確定；3)將步驟2)設(shè)計(jì)好的變參數(shù)PID控制電路引入到電動(dòng)舵機(jī)閉環(huán)控制中進(jìn)行工作，變參數(shù)PID控制電路會(huì)根據(jù)電動(dòng)舵機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)中的輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的偏差值來控制開關(guān)切換電路兩組輸出端的開通與關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的在線調(diào)整；偏差判斷電路通過電動(dòng)舵機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)的輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF的偏差值大小來控制開關(guān)切換電路中模擬開關(guān)兩組輸出的開通與關(guān)斷，當(dāng)偏差值在Vref+與Vref-之間時(shí)(默認(rèn)Vref+大于Vref-)，偏差判斷電路輸出低電平，模擬開關(guān)AQW214芯片的兩路輸出均為關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)偏差值大于Vref+或小于Vref-時(shí)，偏差判斷電路輸出高電平，模擬開關(guān)的輸出均為開通狀態(tài)，Rx將會(huì)與RlO并聯(lián)，系統(tǒng)比例增益將加大，同時(shí)Cx將與C3并聯(lián)，使系統(tǒng)積分效果減弱；當(dāng)模擬開關(guān)輸出斷開時(shí)，PID電路中的各參數(shù)與Rx和Cx無關(guān)。通過上面的流程，PID參數(shù)將根據(jù)偏差值的大小自動(dòng)切換PID參數(shù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了PID參數(shù)的在線變化。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新 型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種用于電動(dòng)舵機(jī)的變參數(shù)PID控制電路,應(yīng)用于電動(dòng)舵機(jī)控制的閉環(huán)系統(tǒng)，電路的輸入端包括互為反相的閉環(huán)系統(tǒng)中輸入信號(hào)VI與閉環(huán)系統(tǒng)中反饋信號(hào)VF,輸出端為PID_OUT信號(hào)也即PID控制結(jié)果，其特征在于 變參數(shù)PID控制電路由濾波電路、PID電路、加法電路、偏差判斷電路及開關(guān)切換電路組成； 輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF經(jīng)過濾波電路后連接在一起并分別進(jìn)入PID電路和加法電路的輸入端； PID電路包括串聯(lián)的積分電路、微分電路和比例放大電路，其輸入端即為輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF經(jīng)過濾波電路后連接在一起的信號(hào)，輸出端為PID_OUT信號(hào)也即PID控制結(jié)果; 加法電路用于對(duì)互為反相的輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF濾波后的結(jié)果進(jìn)行相加，其輸入端為輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF經(jīng)過濾波電路后連接在一起的信號(hào)，輸出端為輸入信號(hào)VI與反饋信號(hào)VF相加后的偏差結(jié)果并送入偏差判斷電路的輸入端； 偏差判斷電路中通過引入?yún)⒖茧妷旱姆绞皆O(shè)定了偏差的上限和下限，偏差判斷電路的輸入端為加法電路的輸出端，偏差判斷電路的輸出端進(jìn)入開關(guān)切換電路的輸入端，當(dāng)偏差判斷電路判斷其輸入端的偏差結(jié)果在上限和下限的范圍之內(nèi)，則偏差判斷電路的輸出端為低電平，否則為高電平； 開關(guān)切換電路的輸入端為偏差判斷電路的輸出端，開關(guān)切換電路的輸出端有兩組，當(dāng)開關(guān)切換電路的輸入端為高電平時(shí)，兩組輸出端均處于開通狀態(tài)，第一組通過投入并聯(lián)電阻的方式控制比例放大電路的比例參數(shù)，第二組通過投入并聯(lián)電容的方式控制積分電路的積分參數(shù)；當(dāng)開關(guān)切換電路的輸入端為低電平時(shí)，兩組輸出端均處于關(guān)斷狀態(tài)，所述并聯(lián)電路和并聯(lián)電容均不投入PID電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于電動(dòng)舵機(jī)的變參數(shù)PID控制電路及控制方法，屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。變參數(shù)PID控制電路由濾波電路、PID電路、加法電路、偏差判斷電路及開關(guān)切換電路組成，偏差判斷電路通過電動(dòng)舵機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)的輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的偏差值大小來控制開關(guān)切換電路中模擬開關(guān)兩組輸出的開通與關(guān)斷，以此來控制是否投入并聯(lián)電阻并聯(lián)電容到PID電路中，從而實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的在線調(diào)整。本實(shí)用新型解決了航空制導(dǎo)武器電動(dòng)舵機(jī)在大慣性、非線性、強(qiáng)干擾等工作環(huán)境下，用一組事先整定的PID參數(shù)實(shí)施控制難以達(dá)到很好的控制效果的問題，電路設(shè)計(jì)合理、簡單可行，能夠有效的削弱系統(tǒng)抖振、增加系統(tǒng)魯棒性、提高控制精度，保證了系統(tǒng)在不同的控制階段擁有良好的控制品質(zhì)。
文檔編號(hào)G05D13/60GK202453747SQ20122005108
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者周大明, 孫立偉, 李源, 楊春秋, 石建國, 程國峰, 閆霞 申請人:哈爾濱建成集團(tuán)有限公司