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发表于 2017-10-23 13:20:53
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本帖最后由 qzlbwang 于 2017-10-23 13:27 编辑
比较器是运放的非线性运用，也就是说工作在比较器状态时运放是处于非线性状态的。明显的标志是输出出现限幅——正限幅或负限幅。这时候运放本身不满足线性放大状态——输入输出间不是比例关系。
举个例子，如果某运放的开环放大倍数是10000倍，而在±12V供电下输出的幅度为±10V的话，在输入不超过1mV时是工作在线性放大状态，比如输入+0.1mV则输出是+1V，输入-0.2mV则输出是-2V（这里按同相举例）、、、、、等等，输入和输出之间是满足比例关系的。而一旦输入超过1mV，则输出就不再增长，而是固定在限幅状态，也就是说输出是固定不变的+10V或-10V，输入和输出间就不再满足比例关系。比较器输出电压也不会在±10V间的中间停留，而是从中间快速“跳过”。
而积分器的输出是缓慢变化的，且可以在中间的任何一点停留（只要满足其条件——两输入电压端的电压不超过线性范围且不发生变化），其输出电压与输入电压间的比例关系仍然存在。所以是线性放大状态。
积分调节是无静差调节——输入和给定信号出现偏差时，输出就缓慢（变化速度与偏差有关——误差越大速度越快，误差越小，也就是输入越接近给定其输出变化越缓慢——这样保证了调节稳定精确）发生改变，去改变调节对象的参数，使得其输出发生改变——纠正误差。那么结果就会使得积分器的输入与给定信号间的误差越来越小，当偏差消失时，也就是说输入与给定相等时，积分器的输出就保持不变。而当由于外界的某种扰动破坏这种平衡时——又产生新的偏差时，积分器又开始积分——纠正误差，最后又达到新的平衡。在平衡时，偏差等于0——也就是无静差——无静态误差。
而比例调节是有静差调节，其输入与输出之间是比例关系，误差大时输出大，误差小时输出小，平衡状态时误差一定存在，因为没有误差信号也就意味着输出为0。只是说误差和比例调节的增益有关，增益越高误差越小，反之就越大。当然我们都希望误差小，那么就要去增益高，但遗憾的是，增益高了系统就会发生振荡——比例调节的增益与频率无关（系统各环节频率响应不均匀的因素除外），各频率的增益是一样的，那么由于各环节都会或多或少的存在延迟、移相，且频率越高移相越严重，这样就会使得某一频率下将原来的负反馈转变为正反馈，满足了振荡的相位条件，而这个频率下的增益又满足幅度条件，所以就必然发生严重的振荡！固而，只用比例调节的话，其比例环节的增益不允许过高，以满足稳定性的要求。
但积分环节的增益各频率是不一样的，频率越高增益越小，反之越大，那么在很低的频率下增益很高，直流的情况下达到运放的开环增益（理想运放的开环增益时无穷大），其误差就比较小，直流增益最高也意味着静态误差最小（理想运放条件下静态误差为0），也就是无静差。而频率高了虽然相位上满足了振荡条件，但其增益很小，这就破坏了振荡的幅度条件。所以稳定性也有保证。
积分调节的缺点是动态误差比较大——因为高频增益小，其调节有延迟，所以动态品质不佳，而比例积分调节则结合了两者的优点——既保证了无静差和稳定性，又不至于使动态品质劣化。达到比较好的控制效果。更近一步，再加入微分控制——根据误差的变化趋势进行超前调节以减少动态误差这就是比例积分微分控制（PID）,但微分容易引入干扰，造成不稳定，一般不单独采用。 |
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