本技術(shù)涉及pid電路，具體涉及一種抗積分飽和pid數(shù)字電路。

背景技術(shù)：

1、pid電路算法(proportion、integration、differentiation算法)是一種廣泛應(yīng)用在閉環(huán)控制領(lǐng)域的經(jīng)典控制算法，主要用于連續(xù)控制系統(tǒng)中實時調(diào)節(jié)和控制物理量，確保被控系統(tǒng)的輸出能盡快并準(zhǔn)確地跟蹤期望的設(shè)定值。pid算法的核心功能體現(xiàn)在以下幾個方面：

2、1.比例(p)控制：比例環(huán)節(jié)根據(jù)當(dāng)前的誤差(即設(shè)定值與實際測量值之間的差異)按比例生成控制信號。誤差越大，產(chǎn)生的控制作用越強(qiáng)，從而快速響應(yīng)系統(tǒng)變化，減少穩(wěn)態(tài)誤差。

3、2.積分(i)控制：積分環(huán)節(jié)累積誤差隨時間的積分，當(dāng)存在持續(xù)的誤差時，積分項會逐漸增大，直到誤差消除為止，這樣有助于消除穩(wěn)態(tài)誤差，確保系統(tǒng)在長期運行后能夠穩(wěn)定在設(shè)定值上，而不產(chǎn)生靜態(tài)偏差。

4、3.微分(d)控制：微分環(huán)節(jié)基于誤差的變化率(即誤差的導(dǎo)數(shù))產(chǎn)生控制作用，它可以預(yù)見未來的誤差趨勢，并提前做出反應(yīng)，以減少系統(tǒng)的超調(diào)量和振蕩，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性。

5、pid算法通過這三個基本組成部分的協(xié)同工作，能夠有效地兼顧系統(tǒng)的快速響應(yīng)、無靜差和穩(wěn)定性需求，使其在眾多工業(yè)過程控制、機(jī)器人運動控制、溫度控制、液位控制等各種場景中發(fā)揮重要作用。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字pid控制器因其靈活性和易于實現(xiàn)的特點而被廣泛應(yīng)用，可以根據(jù)不同的系統(tǒng)特性動態(tài)調(diào)整pid參數(shù)，實現(xiàn)更優(yōu)的控制效果。

6、積分飽和是pid控制器在實施積分控制時可能遇到的一個現(xiàn)象，特別是在長時間有較大偏差或者控制器的積分增益設(shè)置得過大時容易發(fā)生。積分飽和會導(dǎo)致幾個問題：1.穩(wěn)定性下降：由于積分作用減弱或消失，系統(tǒng)可能無法消除穩(wěn)態(tài)誤差。2.控制品質(zhì)惡化：系統(tǒng)可能出現(xiàn)較大的超調(diào)或振蕩，影響控制精度和響應(yīng)速度。

7、在現(xiàn)有技術(shù)中為應(yīng)對積分飽和的問題，一般采用的方法是積分限幅和積分分離，積分限幅是直接限制積分器的輸出，當(dāng)積分器輸出達(dá)到上限或下限時停止積分，防止輸出超出范圍，但這種方法可能導(dǎo)致誤差不能完全消除；積分分離是在檢測到輸出飽和時，暫時凍結(jié)積分器的工作，僅讓比例和微分部分起作用，直到飽和狀態(tài)解除后再恢復(fù)積分作用；這可以避免積分積累過多而導(dǎo)致的后續(xù)不穩(wěn)定；但是這兩種方案實際上在積分分支積分的過程中會丟失超過飽和部分的積分信息，同時可能會減弱積分分支的作用。

8、因此，本實用新型旨在提供一種抗積分飽和pid數(shù)字電路，以解決上述提到的相關(guān)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)方案在積分分支積分的過程中會丟失超過飽和部分的積分信息，同時會減弱積分分支的作用的相關(guān)問題，目的在于提供一種抗積分飽和pid數(shù)字電路，通過在積分控制支路上設(shè)置兩個積分回路單元，同時利用多路分配器對兩個積分回路單元的輸入進(jìn)行選擇控制，同時利用其中一個積分回路單元所輸出的積分累積值到抗積分飽和單元中進(jìn)行比較，輸出一個控制多路分配器選擇的選擇信號，從而達(dá)到對整個積分回路單元動態(tài)反饋調(diào)控的目的，防止單個積分回路單元飽和后會丟失超過飽和部分的積分信息，解決了現(xiàn)有技術(shù)方案在積分分支積分的過程中會丟失超過飽和部分的積分信息，同時會減弱積分分支的作用的相關(guān)問題。

2、本實用新型通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種抗積分飽和pid數(shù)字電路，電路包括比例調(diào)節(jié)單元、積分調(diào)節(jié)單元、第一加法器和微分調(diào)節(jié)單元，積分調(diào)節(jié)單元包括第一乘法器、積分回路單元和抗積分飽和單元；

4、積分回路單元包括第一積分回路單元、第二積分回路單元、多路分配器、移位器、第一邏輯單元以及數(shù)據(jù)選擇器，多路分配器的第一輸出端與第一積分回路單元連接，多路分配器的第二輸出端與第二積分回路單元連接；第一積分回路單元的第一輸出端與第一加法器連接，第一積分回路單元的第二輸出端與抗積分飽和單元連接；第二積分回路單元的第一輸出端與移位器連接，移位器的輸出端與數(shù)據(jù)選擇器的第一輸入端連接；數(shù)據(jù)選擇器的第一輸出端與第一積分回路單元連接，數(shù)據(jù)選擇器的第二輸出端與第一邏輯單元連接，第一邏輯單元與第二積分回路單元連接；

5、第一乘法器的輸入端與電路輸入端連接，第一乘法器的第一輸出端與多路分配器連接，第一乘法器的第二輸出端與抗積分飽和單元連接；

6、抗積分飽和單元的第一輸出端與多路分配器連接，抗積分飽和單元的第二輸出端與數(shù)據(jù)選擇器連接。

7、進(jìn)一步地，抗積分飽和單元包括第二邏輯單元、第一比較器以及符號位比較單元；

8、第一乘法器的第二輸出端與符號位比較單元的第一輸入端連接，第一積分回路單元的第二輸出端與第一比較器的第一輸入端和符號位比較單元的第二輸入端連接，第一比較器的輸出端與第二邏輯單元的第一輸入端和數(shù)據(jù)選擇器連接，符合位比較單元的輸出端與第二邏輯單元的第二輸入端連接，第二邏輯單元的輸出端與多路分配器連接。

9、進(jìn)一步地，第一比較器的第二輸入端輸入有預(yù)設(shè)的第一門限值。

10、進(jìn)一步地，第一積分回路單元包括第二加法器和第一寄存器，多路分配器的第一輸出端和數(shù)據(jù)選擇器的第一輸出端均與第二加法器連接，第二加法器的輸出端與第一寄存器連接，第一寄存器的第一輸出端與第二加法器連接，第一寄存器的第二輸出端與第一比較器的第一輸入端連接，第一寄存器的第三輸出端與第一加法器連接。

11、進(jìn)一步地，第二積分回路單元包括第三加法器和第二寄存器，多路分配器的第二輸出端和第一邏輯單元的輸出端均與第三加法器連接，第三加法器的輸出端與第二寄存器連接，第二寄存器的第一輸出端與移位器連接，第二寄存器的第二輸出端與第三加法器連接。

12、進(jìn)一步地，第二積分回路單元還連接有第二比較器，第二比較器的第一輸入端與寄存器的第二輸出端連接，第二比較器的輸出端連接于上位機(jī)。

13、進(jìn)一步地，第二比較器的第二輸入端輸入有預(yù)設(shè)的第二門限值。

14、進(jìn)一步地，比例調(diào)節(jié)單元、積分調(diào)節(jié)單元和微分調(diào)節(jié)單元的輸入端均與電路輸入端連接，比例調(diào)節(jié)單元、積分調(diào)節(jié)單元和微分調(diào)節(jié)單元的輸出端均與第一加法器連接，第一加法器的輸出端與電路輸出端連接。

15、進(jìn)一步地，比例調(diào)節(jié)單元包括第二乘法器，第二乘法器的輸入端與電路輸入端連接，第二乘法器的輸出端與第一加法器連接。

16、進(jìn)一步地，微分調(diào)節(jié)單元包括第一減法器、第三乘法器以及第三寄存器，第一減法器的輸入端與電路輸入端連接，第一減法器的輸出端與第三乘法器連接，第三乘法器的輸出端與第一加法器連接，第三寄存器的輸入端與電路輸入端連接，第三寄存器的輸出端與第一減法器連接。

17、本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

18、在本實用新型中，通過在積分控制支路上設(shè)置兩個積分回路單元，同時利用多路分配器對兩個積分回路單元的輸入進(jìn)行選擇控制，同時利用其中一個積分回路單元所輸出的積分累積值到抗積分飽和單元中進(jìn)行比較，輸出一個控制多路分配器選擇的選擇信號，從而達(dá)到對整個積分回路單元動態(tài)反饋調(diào)控的目的，防止單個積分回路單元飽和后會丟失超過飽和部分的積分信息，解決了現(xiàn)有技術(shù)方案在積分分支積分的過程中會丟失超過飽和部分的積分信息，同時會減弱積分分支的作用的相關(guān)問題。