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25.5 : PI 控制器设计

比例积分 (PI) 控制器是现代控制系统的基本组件,广泛用于提高性能和减少稳态误差。它们在智能手机的自动亮度调节等应用中特别有效,在这些应用中,它们在减少阶跃函数输入的稳态误差上表现突出。与需要时变误差才能发挥最佳功能的 PD 控制器不同,PI 控制器利用其积分组件来解决比例部分未纠正的残余稳态误差。

在基于运算放大器 (op-amp) 的 PI 控制器中,电阻器和电容器处理误差信号,生成控制信号。比例反馈从电阻器中取得,而积分响应来自电容器。双运算放大器和三运算放大器电路设计具有独特的传递函数,PI 控制器参数与其电路特性在根本上相关联。三运算放大器配置允许通过特定电路参数独立调整比例增益和积分增益。值得注意的是,在这两种电路中,积分增益与电容器值成反比,这可能需要大电容器才能实现有效的 PI 控制设计。

PI 控制器通过增加零点和极点来修改前向路径传递函数,从而提高系统性能。这种调整可提高系统性能,并将稳态误差降低一个数量级。在给定输入的稳态误差恒定的情况下,只要系统在补偿后保持稳定,PI 控制器就可以将此误差降低到零。

通过处理比例和积分,PI 控制器为各种应用中的稳态误差校正提供了稳健的解决方案。它们的设计涉及运算放大器电路中的特定电阻器和电容器配置,可确保精确控制和性能增强,使其成为现代控制系统中不可或缺的一部分。

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