CN210626899U - 一种参数可调的硬件pi电路 - Google Patents

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CN210626899U CN201922280186.1U CN201922280186U CN210626899U CN 210626899 U CN210626899 U CN 210626899U CN 201922280186 U CN201922280186 U CN 201922280186U CN 210626899 U CN210626899 U CN 210626899U
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赵浩华
高志齐
刘瑜
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Changzhou Tonghui Electronics Co ltd
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Abstract

本实用新型涉及一种参数可调的硬件PI电路，其特征在于：包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第一运算放大器；MCU控制所有MOS管的导通，通过控制开关的频率从而调节硬件PI电路的参数。本实用新型能够根据需要任意改变PI的参数，不受硬件电路的限制。

Description

一种参数可调的硬件PI电路
技术领域
本实用新型涉及仪器仪表和电子测量领域，尤其是一种参数可调的硬件PI电路。
背景技术
目前，在电子仪器中大都是采用硬件PI电路，具有精度高、响应快等优点。但由于硬件电路是固定的，所以PI的参数不能任意更改，每次调节PI的参数则需要更换不同的器件，而且常规的电阻、电容可能并不满足需要，这让调节PI参数的过程变得很繁琐，也使硬件PI电路在实际应用中受到很大的限制。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种参数可调的硬件PI电路，具有结构简单、使用方面等优点，能够根据需要任意调节PI的参数。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种参数可调的硬件PI电路，其特征在于：包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第一运算放大器；MCU控制所有MOS管的导通，通过控制开关的频率从而调节硬件PI电路的参数。
进一步具体的说，本实用新型所述的第一MOS管的漏极连接测量输入电压，栅极连接控制信号，源极连接第一电容的一端和第二MOS管的漏极，第一电容的另一端接大地。所述的第二MOS管的栅极连接控制信号，源极连接第四MOS管的源极、第五MOS管的漏极和第一运算放大器的负输入端。所述的第四MOS管的栅极连接控制信号，漏极连接第三MOS管的源极和第二电容的一端；第二电容的另一端连接大地。所述的第三MOS管的栅极连接控制信号，漏极连接设定值的反相电压。所述的第五MOS管的栅极连接控制信号，源极连接第三电容的一端和第六MOS管的漏极；第三电容的另一端连接大地。所述的第六MOS管的栅极连接控制信号，源极连接第四电容，第四电容的另一端接第一运算放大器的输出端。所述的第一运算放大器的正输入端连接大地，正供电端接电压V1和第五电容的一端，负供电端接电压V2和第六电容的一端，第五电容的另一端和第六电容的另一端接大地。
本实用新型的有益效果是，解决了背景技术中存在的缺陷，能够根据需要任意改变PI的参数，不受硬件电路的限制。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1所示的一种参数可调的硬件PI电路，包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第一运放U1B。MCU控制所有MOS管的导通，通过控制开关的频率从而达到调节硬件PI电路参数的目的。
第一MOS管Q1的漏极D连接测量输入电压y(t)，栅极G连接控制信号CPU-1，源极S连接第一电容C1的一端和第二MOS管Q2的漏极D，第一电容C1的另一端接大地。
第二MOS管Q2的栅极G连接控制信号CPU-2，源极S连接第四MOS管的源极S、第五MOS管的漏极D和第一运放U1B的负输入端。
第四MOS管Q4的栅极G连接控制信号CPU-4，漏极D连接第三MOS管Q3的源极S和第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接大地。
第三MOS管Q3的栅极G连接控制信号CPU-3，漏极D连接设定值的反相电压。
第五MOS管Q5的栅极G连接控制信号CPU-5，源极S连接第三电容C3的一端和第六MOS管Q6的漏极D，第三电容C3的另一端连接大地。
第六MOS管的栅极G连接控制信号CPU-6，源极S连接第四电容C4，第四电容C4的另一端接第一运放U1的输出端，输出电压为u(t)。
第一运放U1的正输入端连接大地，正供电端接电压V1和第五电容C5的一端，负供电端接电压V2和第六电容C6的一端，第五电容C5的另一端和第六电容C6的另一端接大地。
PI比例积分控制器的时域形式有：
Figure BDA0002323754160000031
其中，kp为比例系数，ki为积分系数。
误差输入量e(t)的计算方式为：
e(t)＝r(t)-y(t) (0.2)
其中r(t)为设定值，y(t)为测量值。
令e(t)为输入量，u(t)为输出量，该PI控制器的传递函数为：
Figure BDA0002323754160000041
在本实施例中，VC为测量值，
Figure BDA0002323754160000042
为设定值的反相，VO为控制值。故，开关电容电阻器可等效为电阻，其中电阻值计算：
Figure BDA0002323754160000043
Figure BDA0002323754160000044
Figure BDA0002323754160000045
其中，C1＝C2＝C3，f1为第一MOS管Q1的导通频率，f2为第三MOS管Q3的导通频率，f3为第五MOS管Q5的导通频率，一般地：R1＝R1。
该负反馈放大电路的输出推导式：
Figure BDA0002323754160000046
式(1.7)的传递函数为：
Figure BDA0002323754160000047
由式(1.8)、(1.3)可推导出：
Figure BDA0002323754160000048
故：
Figure BDA0002323754160000049
Figure BDA00023237541600000410
由(1.11)、(1.4)可得：
由(1.14)可推得：
Figure BDA0002323754160000052
f2＝f1 (0.14)
由(1.6)、(1.10)可得：
Figure BDA0002323754160000053
由(1.14)、(1.17)可推得：
Figure BDA0002323754160000054
当C1＝47pF，C4＝470pF时，只需调节f1、f2、f3，即可确定PI控制电路的参数Kp，Ki。
f1＝f2＝10ki (0.17)
Figure BDA0002323754160000055
以上说明书中描述的只是本实用新型的具体实施方式，各种举例说明不对本实用新型的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离实用新型的实质和范围。

Claims (8)

1.一种参数可调的硬件PI电路，其特征在于：包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第一运算放大器；MCU控制所有MOS管的导通，通过控制开关的频率从而调节硬件PI电路的参数。
2.如权利要求1所述的一种参数可调的硬件PI电路，其特征在于：所述的第一MOS管的漏极连接测量输入电压，栅极连接控制信号，源极连接第一电容的一端和第二MOS管的漏极，第一电容的另一端接大地。
3.如权利要求1所述的一种参数可调的硬件PI电路，其特征在于：所述的第二MOS管的栅极连接控制信号，源极连接第四MOS管的源极、第五MOS管的漏极和第一运算放大器的负输入端。
4.如权利要求1所述的一种参数可调的硬件PI电路，其特征在于：所述的第四MOS管的栅极连接控制信号，漏极连接第三MOS管的源极和第二电容的一端；第二电容的另一端连接大地。
5.如权利要求1所述的一种参数可调的硬件PI电路，其特征在于：所述的第三MOS管的栅极连接控制信号，漏极连接设定值的反相电压。
6.如权利要求1所述的一种参数可调的硬件PI电路，其特征在于：所述的第五MOS管的栅极连接控制信号，源极连接第三电容的一端和第六MOS管的漏极；第三电容的另一端连接大地。
7.如权利要求1所述的一种参数可调的硬件PI电路，其特征在于：所述的第六MOS管的栅极连接控制信号，源极连接第四电容，第四电容的另一端接第一运算放大器的输出端。
8.如权利要求1所述的一种参数可调的硬件PI电路，其特征在于：所述的第一运算放大器的正输入端连接大地，正供电端接电压V1和第五电容的一端，负供电端接电压V2和第六电容的一端，第五电容的另一端和第六电容的另一端接大地。
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