控制系统中各环节的物理实现及其PROTEUS仿真

控制系统中各环节的物理实现及其PROTEUS仿真

摘要：对PID控制系统中的各个环节，包括比例环节，微分环节，积分环节，加法和减法环节等在PROTEUS中进行电路图绘制并进行仿真，并用虚拟的电压表和示波器测得相应的数值和波形，得出与理论值相近的结论。

关键词：PROTEUS 电路仿真PID

Abstract: PID control system at various points of the proportion of links, link differential, integral aspect of links, such as addition and subtraction in the circuit in PROTEUS mapping and simulation, and virtual oscilloscope voltage meter and the measured values and the corresponding waveform drawn with the theoretical value is similar to the conclusions

1.引言

Proteus的ISIS是一款电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。

该软件全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，可仿真51、AVR、PIC。

2.实验过程

2.1比例环节

比例环节的线路连接如图1.1

图1.1

由虚短和虚断的概念可以计算U1A的输出

Vout1=-Vin*R2/R1

由图3.1可以看出，输入电压5V经由U1A组成的比例电路输出为-0.498712V，再经由U1B组成的反向电路输出为0.50088V，近似等于理论值电压0.5V.

2.2. 微分环节

微分环节的线路连接如图1.2

图1.2

示波器显示如图1.3

图1.3

由波形可知输入Vin=sint经过微分环节Vout=sin’t=cost 2.3. 积分环节

积分环节的线路连接如图1.4

图1.4

示波器显示如图1.4

图1.5

由波形可知输入Vin=sint经过微分环节Vout=∫tdt=-cost

2.4．加法环节

加法环节的线路连接如图1.6

图1.6

由虚短和虚断可知（Vin1-Vi）/R1+(Vin2-Vi)/R2=（Vi-Vout1）/R3

由此可得-Vout1=Vin1*R3/R1+Vin2*R3/R2

若R1=R2=R3,则-Vout1= Vin1+Vin2

由图1.6可知Vin1=2V，Vin2=3V，Vout1= -4.99575VJ经过反向得Vout=4.99387V 和理论计算基本符合。

2.5 减法环节

减法环节的线路连接如图1.7

图1.7

减法电路与加法电路类似，只是在Vin2先经过反相器变号后再与Vin1相加，得Vout1= Vin2-Vin1

3.仿真分析与结论

经过本次仿真实验，对PID控制系统中的各个环节，包括比例环节，微分环节，积分环节，加法和减法环节等有了更直观和深入的认识，在过程中遇到了许多问题，比如在积分环节时开始用阶跃信号做为试验信号，由于积分时间的限制和扫描频率的限制，得不到理论上的斜坡函数，后来用正弦信号做输入，得到了理想的结果，由此可见，理论和实际情况有时会存在一定得差别，应该就实际情况进行分析。

参考文献

[1] 《单片机C语言应用100例》王东锋电子工业出版社

[2] 《电子技术基础》康华光高等教育出版社

[3] 《自动控制原理》胡寿松科学出版社