基于Multisim电路特性分析的PID伺服放大器设计.pdf

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1、液压气动与密封／2014年第O8期doi：lO．39694．issn．1008-0813．2014．08．018基于Multisim电路特性分析的PID伺服放大器设计丁建军，陈立辉，赵晓华，渠立鹏，陈军政(中船重-E集团总公司第704研究所，上海200031)摘要：该文介绍了PID控制和伺服放大器的原理，给出了PID伺服放大器电路设计的过程及相关计算。应用Muhisim强大的电路仿真功能，对伺服放大器电路原理图进行特性分析，并对所做的电路板进行实物测试，试验证明与仿真结果相符。关键词：PID；伺服放大器；Muhisim；仿真中圈分类号：THI37．53文献标识码：A文章编号：1

2、008—0813(2014)08—0052—04TheDesignofPIDServo——amplifierBaseonCircuitAnalysiswithMultisimDINGji~．-jltn，CHENLi—hui，ZHA0Xiao-hua，Q8Li-pemg，CHENJun-zheng(TheNO．704ResearchInstituteofChinaShipbuildingIndustryCorporation，Shanghai200031，China)Abstract：ThisdissertationintroducedtheworkprincipleofPIDc

3、ontrolandServo-amplifier．Thedesigningprocessandtherelatedcalculationoftheservo-amplifier’Scircuitwereintroduced．Thecharactersoftheservo—amplifier’ScircuitweresimulatedusingMuhisimsoftware．Thepracticaltestingresultofthecircuitagreeswiththeresultofsimulationwhichaccordingtothecircuitboardofdes

4、igned．Keywords：PID；servo-amplifier；multisim；simulationO引言电液伺服阀多为正负电流输入信号．工控机或计算机输出的弱电信号并不能直接驱动．为此在工控机或计算机与电液伺服阀之间需配用伺服放大器．将输入的弱信号与反馈信号比较后的偏差信号加以PID运算．图1PID控制原理框图输出一个与偏差信号成一定函数关系的控制电流。来驱动伺服阀。对于所设计的伺服放大器，需要线性度好、稳PID伺服放大器是一种线性放大器．它根据给定值定性好、精度高、动态响应快、频带宽等特点。r(t)与实际输出值C(t)构成控制偏差：MuhisimlO．0电路仿真软件

5、可以对伺服放大器电路进行e(t)：r(t)一C(￡)(1)线性特性、频域特性、时域特性等进行分析，从而能够快对偏差进行比例P、积分I、微分D计算后通过线速、有效地设计出高性能、高可靠性的伺服放大器。性组合构成控制量．作用于被控对象，其控制规律为：1原理简介∞k十+)(2)1．1PlD控制原理表示为传递函数的形式为：PID控制是从比例、积分和微分三个环节来实现对系统控制的。常规PID控制系统原理框图如图1所示。G(s)=器=kp(1+寺+)(3)该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。式中。、、一比例系数、积分时间常数、微分时间常数比例环节成比例的反映控制系统的偏差信号，一旦产生

6、偏差．控制器就产生控制作用，来减少偏差。积收稿日期：2013—10—23作者简介：丁建军(1979一)男，江苏镇江人，_T程师，硕士，主要从事电液分环节主要用于消除静态误差，提高系统的无差度，积伺服控制设计。分作用的强弱取决于时间常数，越小，积分作用越52HydraulicsPneumatics&Seals／N0．O8．2014强。微分环节反映偏差信号的变化趋势．在系统中引入2．2电路组成一个有效的提前修正信号．来加快系统的动作速度PID伺服放大器典型电路的组成包括：输入l通道缩短调节时间电路、输入2通道电路、反馈通道电路、调零电路、调节1．2伺服放大器的设计原理器(PID)电

7、路、颤振信号发生电路、逻辑输出电路、功率伺服阀线圈是伺服放大器的负载．由于伺服阀线级放大电路及电源电路等。其设计电路结构框图如图3圈具有电感而非纯阻抗．所以流过线圈的电流将不与所示。加在其上的电压(即放大器输出电压)成正比。即控制2．3PlD伺服放大器的模块化分析电流将不与系统偏差电压成正比。为使控制电流正比在这一节对主要模块加以分析。对输入1通道电于输入电压，可用电阻R与控制线圈串联，并将其上路、调零电路、逻辑输出电路、颤振信号发生电路及电电压进行反馈．如图2所示。因反馈电压是由电流产生源