如何确定PID 比例微分积分系数-综合电源技术-世纪电源网社区

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2013-3-30 03:19:42

10问答币

如下图运放组成的PID电路，请问根据图上的电阻和电容，如何确定PID的比例积分微分系数？谢谢

请问上式中P,I,D系数分别是什么，谢谢！

2型PID

3型PID

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荨麻草

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看的出你对P，I，D参数调试还是有一定经验的。在这里，我谈一谈个人对如何利用经典PID调试方法来调试这个电路的理解。首先，要明白电路中的每个元件是干嘛的，然后在化简电路，这样才能够得到经典的PID表达式，进而得出Kp，Ki，Kd。以你给出图为例，II型和III型补偿网络中，C2的作用均是用来补偿输出电容的Esr造成的零点，所以时域分析时先将C2去掉（这样做不会影响分析的准确性，在最后调试电路时用该位置放一个 ...

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		2 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-31 16:13:31
		去看你截图的这本书吧《开关电源设计（第二版）》Abraham I.Pressman著，王志强等译论坛上就有电子档，自己搜一下回复 \| 举报 \|

			3 河蟹河蟹离线 LV2 本网技师积分：198 \| 主题：31 \| 帖子：108 访问空间发消息积分:198 LV2 本网技师 2013-3-31 22:46:28
			那本书我知道，只是根据相位裕量以及截至频率处的斜率，以及对高低频抑制的极点零点设置来确定PID电路中电容和电阻的量值。但是这个PID的系数怎么确定呢？从PID的电路中算出来的传输函数，往往不是Kp+Ki/s+Skd的式子。比如说2型PID：传递函数： 3型PID 传输函数：根据王志强翻译的那本书里，可以得到上述传递函数的具体数学表达式，可是根据这个表达式，怎么能找出P,I,D的系数值呢？因为这样的系数值可以直接用在数字电路中。回复 \| 举报 \|

				4 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-31 23:15:13
				以下是个人理解： 1）这个传递函数中最直观的的反映只有零极点，是针对频域讨论 2）PID控制是时域分析手法，所以你要得到PID的系数就需要分别了解构成P，I，D环节是由那几个的元件主导的，时域的分析方法是困难的，所以一般只作为理论依据，分析还是根据频域的零极点模型。 3）如果你能把传递函数转变成下来第二式的形式便能得到P，I，D的系数，但是显然有些困难。回复 \| 举报 \|

					5 河蟹河蟹离线 LV2 本网技师积分：198 \| 主题：31 \| 帖子：108 访问空间发消息积分:198 LV2 本网技师 2013-4-1 00:05:28
					如果能获知电源滤波的传输特性，反抗采样的比例，以及变换器的转换特性，是可以从上述传递函数倒推出PID系数的。但是有一点，脉宽调制变换器的输出可以用占空比D线性表示，但是谐振电源就不容易了。这样（G变换器+G滤波+G反馈电路）的传输波特图不确定，即使根据截止频率处斜率为-1，总闭环相位裕量大于45的条件，也不易倒推出PID的系数来。想单纯的化成PID的形式来，是不可能的，因为那样的式子没有包含截止频率的大小，对100Hz低频抑制还有高频抑制的极点。回复 \| 举报 \|

				6 荨麻草荨麻草离线 LV7 版主积分：9952 \| 主题：59 \| 帖子：3436 访问空间发消息积分:9952 版主 2013-4-1 00:14:17
				看的出你对P，I，D参数调试还是有一定经验的。在这里，我谈一谈个人对如何利用经典PID调试方法来调试这个电路的理解。首先，要明白电路中的每个元件是干嘛的，然后在化简电路，这样才能够得到经典的PID表达式，进而得出Kp，Ki，Kd。以你给出图为例，II型和III型补偿网络中，C2的作用均是用来补偿输出电容的Esr造成的零点，所以时域分析时先将C2去掉（这样做不会影响分析的准确性，在最后调试电路时用该位置放一个102电容）。如此一来，典型的II型补偿网络就变成了PI电路，III型网路就变成了经典的PID电路，输入输出时域电路的表达式比较容易，公式不好编辑，可参考《清华模电》第7章第2节的一个例题（哪一页记不清了）。可以轻而易举地得到Kp，Ki，Kd参数。接下来，网上关于PID调试经验的文章有很多...... 顺便说一下，II型补偿网络不叫PID控制器，准确来讲应该叫做增强型PI控制器，因为增加了一个Esr零点补偿电容C2，同理III型补偿网络应该叫做增强型PID控制器。回复 \| 举报 \|

					7 河蟹河蟹离线 LV2 本网技师积分：198 \| 主题：31 \| 帖子：108 访问空间发消息积分:198 LV2 本网技师 2013-4-1 00:34:02
					1.是的，2型是PI电路。 2.你说“C2的作用是抑制滤波电容ESR的零点”，不知道可不可以这样理解：由于滤波电容中Resr的存在，导致当频率满足：Resr>Xc时，LC滤波电容的40dB衰减变成了20dB的LR电路作用。这样高频信号的衰减，就无法满足，这时添加一个C2，产生了一个高频抑制极点。这样就可以实现了在频率f>1/(2piR2C2)的信号都会产生衰减作用。 3.你刚才说的3型PID, 其中C2可以去掉，和C3串联的电阻R3是限流作用的，也可以去掉是吗？这样传输函数就变成了：请问是不是这样的？回复 \| 举报 \|

						14 荨麻草荨麻草离线 LV7 版主积分：9952 \| 主题：59 \| 帖子：3436 访问空间发消息积分:9952 版主 2013-4-1 18:56:12
						单独分析PID的时候，是可以将R3拿掉的（主导极点法），但是R3又不能简单地理解成限流作用，R3的存在，可以灵活的调整零极点的分布，在实际开关电源电路中，一般R1是固定的回复 \| 举报 \|

					8 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-4-1 07:33:13
					科班出身果然给力回复 \| 举报 \|

					9 河蟹河蟹离线 LV2 本网技师积分：198 \| 主题：31 \| 帖子：108 访问空间发消息积分:198 LV2 本网技师 2013-4-1 15:37:46
					为什么，积分电压带宽是负数？回复 \| 举报 \|

						13 荨麻草荨麻草离线 LV7 版主积分：9952 \| 主题：59 \| 帖子：3436 访问空间发消息积分:9952 版主 2013-4-1 18:51:07
						电压带宽？你是说输入输出不同号吧？交流小信号分析出现负号很正常，因为交流小信号是叠加在直流信号上的回复 \| 举报 \|

					10 greendot greendot 离线 LV12 专家积分：31625 \| 主题：0 \| 帖子：8701 访问空间发消息积分:31625 LV12 专家 2013-4-1 16:19:30
					如果ESR零点低于fc (crossover)，一般用II型，这时C2不会是用来补偿这个有用的ESR零点的，如果ESR零点高于fc，一般用III型，这时C2才会用来用来补偿ESR零点的。回复 \| 举报 \|

						11 河蟹河蟹离线 LV2 本网技师积分：198 \| 主题：31 \| 帖子：108 访问空间发消息积分:198 LV2 本网技师 2013-4-1 16:31:16
						谢谢，讲得很好。回复 \| 举报 \|

						12 荨麻草荨麻草离线 LV7 版主积分：9952 \| 主题：59 \| 帖子：3436 访问空间发消息积分:9952 版主 2013-4-1 18:47:32
						非常谢谢greendot前辈的指正晚辈论述失当之处，和对Esr零点的精辟概括。斗胆在前辈面前谈谈我对您的观点的理解，晚辈班门弄斧一下，呵呵对于电压模式控制的变换器，由于储能元件LC的存在，其功率级传递函数（从控制到输出）都包含一个等效的LC二级震荡环节（造成-40dB/dec的斜率，和-180度相移），这时候如果输出电容的Esr选取合适（如使Esr零点出现在等效LC的谐振点之前），将会对这个二阶振荡环节起到补偿作用（产生+20dB/dec的斜率和+90度的相移，这个零点即为有用的零点），此时，II型补偿网络是够用的。从另外一个角度讲，电容的Esr不太容易保证，且多数情况下，我们出于降低纹波的要求，尽量减小Esr，即让Esr零点出现在远离穿越频率的高频处，然而高频零点会降低系统抑制高频噪声的能力，因此，需要抵消掉。而此时，LC二阶振荡环节则需要补偿网络的零点来补偿，II型补偿网络只有一个零点，不太够用。所以，一般的电压模式转换器多半采用III型补偿网络，如电压前馈类变换器、推挽类变换器等。对于电流模式控制的变换器，其双闭环控制机制，使得控制到输出的传递函数中没有了二阶振荡环节，由主导极点法（其实我也不知道如何推导的），可以得到简化的电流模式变换器中的功率级传函只有一个功率极点和一个ESR零点（有时还会出现一个右半平面零点）。这时候II型补偿网络一般就够用了。总结一下，对于电压模式变换器，一般采用III型补偿网络；对于电流型，一般采用II型补偿网络。 Esr零点问题比较让人纠结，尤其是在低压大电流输出的场合，可能功率极点与Esr零点离得很近.... 再次感谢greendot前辈的指点。回复 \| 举报 \|

							15 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-4-1 19:05:14
							哈哈，说来说去还是把PID扯到零极点去了，看来我的猜测和判断还是有一定见地的嘛，呵呵，怎么不能给自己加分呢？我有给自己8分的冲动。回复 \| 举报 \|

								16 荨麻草荨麻草离线 LV7 版主积分：9952 \| 主题：59 \| 帖子：3436 访问空间发消息积分:9952 版主 2013-4-1 19:24:00
								工程上，习惯把PID叫做控制器，控制领域习惯把PID叫做补偿器，本质上一样的，都是为了使反馈系统具有合适的带宽和相角裕量，从而具有良好的动态、稳态性能。不同之处在于，工程上的PID调节对经验依赖多一些；控制领域中的PID补偿对理论模型依赖多一些。个人理解，呵呵回复 \| 举报 \|

									17 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-4-1 19:48:06
									所以与其去千辛万苦，获得PID的系数，不如在bode图上合适的位置放置零极点来的直接，不知道楼主获取这个系数的目的是什么？回复 \| 举报 \|

										30 ruohua ruohua 离线 LV2 本网技师积分：104 \| 主题：0 \| 帖子：2 访问空间发消息积分:104 LV2 本网技师 2015-8-12 11:33:11 倒数7
										如下给了波特图麻烦解答回复 \| 举报 \|

							18 河蟹河蟹离线 LV2 本网技师积分：198 \| 主题：31 \| 帖子：108 访问空间发消息积分:198 LV2 本网技师 2013-4-1 23:00:06
							电压模式控制器，ESR造成的极点频率如果小于截止频率Fco,就不需要三型PID调整。2型就够了。开关频率如果200Khz，Fco设在40KHz,Fesr频率小于Fco,截止频率处已经是-1斜率了，2型就够了。 Fesr大于Fco的话，LC在Fco处的斜率是-2，用3型，2型就不可以了。现在有些电源为了减小体积和重量，滤波就直接用一个电容。也不是必须要用LC的。回复 \| 举报 \|

								19 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-4-1 23:12:01
								楼主所言不虚，有图有真相 https://bbs.21dianyuan.com/148232.html 回复 \| 举报 \|

									21 荨麻草荨麻草离线 LV7 版主积分：9952 \| 主题：59 \| 帖子：3436 访问空间发消息积分:9952 版主 2013-4-2 00:47:32
									呵呵，yanpm兄的仿真经验很丰富呀看到这张图，我想到了个小问题。这张图仿真了带Esr的LC滤波器的输入输出幅频相频特性，对一个独立的输出LC电路来讲，这样的结果没有问题，很准确，但是对一个电源系统而言，图中的电感L恐怕没有这么小，应该是一个等效后的电感。如果是电压模式的话，这个电感会更大。想起了你实测的那张Bode图，才有此猜测，不确定。不知yanpm兄有何高见？回复 \| 举报 \|

										22 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-4-2 06:34:16
										这次仿真的目的在于确定fesr和LC谐振点的相对位置所形成的不同的增益和相位走向。参数的选取是以LC二级滤波为蓝本的，非功率环节的LHP. 回复 \| 举报 \|

											25 荨麻草荨麻草离线 LV7 版主积分：9952 \| 主题：59 \| 帖子：3436 访问空间发消息积分:9952 版主 2013-4-2 09:28:11
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								20 荨麻草荨麻草离线 LV7 版主积分：9952 \| 主题：59 \| 帖子：3436 访问空间发消息积分:9952 版主 2013-4-2 00:32:39
								楼主分析地很到位。由香农采样定理，Fco应取开关频率的1/5到1/10之间。40kHz的带宽是没问题的。在电压模式中，粗略计算后会发现，Esr造成的零点不太容易出现在由变换器等效电感L‘（精通开关电源上有推导）和输出电容Cout的谐振点附近哦，而且是从降低纹波的角度上考虑，应尽量减小Esr。电压型控制IC用II型网络补偿是没问题的，但是会对Esr要求会苛刻一点。因为工作的关系，阅读过大量的电源IC数据手册，发现几乎所有的电压模式控制的芯片，几乎都采用了III型补偿网络，当然也有例外。如果芯片以及外围设计做的比较好的话，后级滤除高频噪声的LC滤波行是可以省掉的，比如我见过NXP的120W PFC+反激准谐振，没有用LC，纹波噪声做到了70mV以内。个人的一点见解，呵呵回复 \| 举报 \|

								23 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-4-2 06:45:54
								Fco理论设计在40KHz没有问题，但是常用误差放大器的带宽是否支持就有待商榷了，我见到的线路中是没有超过10KHz的（基本是电流控制模式的，几乎没有用到电压控制模式）。回复 \| 举报 \|

									24 荨麻草荨麻草离线 LV7 版主积分：9952 \| 主题：59 \| 帖子：3436 访问空间发消息积分:9952 版主 2013-4-2 09:27:27
									是的，AC-DC的带宽一般不超过10K（工作频率一般不超过150K），且受一般通用误差放大器，如431带宽的限制。但在许多集成了Mos的DC-DC转换器中，工作频率很高，内部集成的误差放大器带宽不是问题，如EXAR的SP7656 电压控制模式除了在一些推挽类场合出现（LLC也算是一种特殊的电压模式，电流模式目前还没见过成熟的方案），其他场合多半是以电压前馈（也是电压模式）的方式出现，如应用于DC-DC的SP7656降压电路，用于PFC+双管正激控制的FAN480x 回复 \| 举报 \|

									26 河蟹河蟹离线 LV2 本网技师积分：198 \| 主题：31 \| 帖子：108 访问空间发消息积分:198 LV2 本网技师 2013-4-2 14:44:52
									我承认实践没有诸位多，所以想请教下，一台电源放在那，不知道你是如何做得出它的带宽不过10KHz的？请告知小弟，谢谢！我觉得运放有个增益带宽积，利用这个约束关系，运放带宽也不会轻易那么低吧？现在开关电源确实在向小型化，高密度化发展，但是高效率化，绿色能源方向呢？ PWM开关电源，一开始是硬开关电源，随着频率升高，损耗在增大。后来会在PWM开关的周围增加了缓冲电路，但是这样增加了体积，同时损耗能量转移到缓冲电路中去了。我觉得PWM开关，只要精度不是很高，要求控制时间很短，PWM开关频率何必那么高呢。到时一测效率90%不到，竞争力何在？还请赐教，你说的电源带宽是如何测出的？如果你是通过ACsweeep 做出来的，那就不要搞什么截止频率多少分之几了。直接用仪器做PID系数更精准。回复 \| 举报 \|

										27 micropower micropower 离线 LV7 版主积分：7357 \| 主题：49 \| 帖子：2717 访问空间发消息积分:7357 版主 2013-4-2 20:25:19 倒数10
										做电源常聊的话题了。百度上找来的，希望对大家有用。 1.PID常用口诀：参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢。微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低4比1 一看二调多分析，调节质量不会低回复 \| 举报 \|

							29 ruohua ruohua 离线 LV2 本网技师积分：104 \| 主题：0 \| 帖子：2 访问空间发消息积分:104 LV2 本网技师 2015-8-12 11:23:44 倒数8
							认真学习看了各位大牛的帖子。想请教大家一个问题。请问如图中的参数该如何计算。回复 \| 举报 \|

								36 小买卖小买卖离线 LV2 本网技师积分：120 \| 主题：1 \| 帖子：2 访问空间发消息积分:120 LV2 本网技师最新回复 2021-9-7 15:32:01 倒数1
								请问8834的模拟PID如何调节？求大神指点一二回复 \| 举报 \|

				28 WANGJINJIAYOU WANGJINJIAYOU 离线 LV2 本网技师积分：156 \| 主题：0 \| 帖子：1 访问空间发消息积分:156 LV2 本网技师 2015-4-23 16:22:56 倒数9
				你好，请问你的问题最后是怎样解决的，谢谢！回复 \| 举报 \|

					31 kx_98 kx_98 离线 LV1 本网技工积分：12 \| 主题：0 \| 帖子：2 访问空间发消息积分:12 LV1 本网技工 2015-9-29 11:26:49 倒数6
					weifen.jpg (16.78 KB, 下载次数: 74) 下载附件 2015-9-29 11:25 上传在一个电路中如何区分哪部分是积分电路、哪部分是微分电路？结合本图，详细说明积分电路、微分电路的构成，如何识别？查了一下资料，说C2是微分电容，C1是积分电容，应该如何理解？回复 \| 举报 \|

						32 micropower micropower 离线 LV7 版主积分：7357 \| 主题：49 \| 帖子：2717 访问空间发消息积分:7357 版主 2015-9-29 14:12:36 倒数5
						当有一个误差信号产生，由于C2电压不能突变，所以信号可以马上传到控制端，起微分控制作用，同样的C1电压不能突变，但能对误差信号进行不断的累加。回复 \| 举报 \|

							33 kx_98 kx_98 离线 LV1 本网技工积分：12 \| 主题：0 \| 帖子：2 访问空间发消息积分:12 LV1 本网技工 2015-9-30 09:09:02 倒数4
							R2、R5可以省略吗？不可以的话如何确定他们的大小？回复 \| 举报 \|

								34 lxx86243212 lxx86243212 离线 LV1 本网技工积分：76 \| 主题：0 \| 帖子：19 访问空间发消息积分:76 LV1 本网技工 2016-1-21 17:13:48 倒数3
								正在调控制回路的仿真，头大，原理大概知道，但是动手做还是不行，多试试吧回复 \| 举报 \|

		35 peterchen0721 peterchen0721 离线 LV8 副总工程师积分：4386 \| 主题：3 \| 帖子：270 访问空间发消息积分:4386 LV8 副总工程师 2016-2-3 13:25:21 倒数2
		突然間的體悟也許可以... PID.pdf (48.9 KB, 下载次数: 515) 2016-2-3 13:24 上传点击文件名下载附件下载积分: 财富 -2 PID.JPG (33.73 KB, 下载次数: 82) 下载附件 2016-2-3 13:24 上传回复 \| 举报 \|