PID控制器和脈衝寬度調變

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PID控制器和脈衝寬度調變之间的区别

PID控制器 vs. 脈衝寬度調變

PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。透过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本上线性，且动态特性不随时间变化的系统。 PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，使系统更加准确而稳定。 PID控制器的比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)分別對應目前誤差、過去累計誤差及未來誤差。若是不知道受控系統的特性，一般認為PID控制器是最適用的控制器。藉由調整PID控制器的三個參數，可以調整控制系統，設法滿足設計需求。控制器的響應可以用控制器對誤差的反應快慢、控制器過衝的程度及系統震盪的程度來表示。不過使用PID控制器不一定保證可達到系統的最佳控制，也不保證系統穩定性。 有些應用只需要PID控制器的部份單元，可以將不需要單元的參數設為零即可。因此PID控制器可以變成PI控制器、PD控制器、P控制器或I控制器。其中又以PI控制器比較常用，因為D控制器對回授雜訊十分敏感，而若沒有I控制器的話，系統不會回到參考值，會存在一個誤差量。. 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，缩写：PWM），简称脉宽调制，是將模拟信號轉換為脈波的一種技術，一般轉換後脈波的週期固定，但脈波的占空比會依模拟信號的大小而改變。 在模拟电路中，模拟信号的值可以连续进行变化，在时间和值的幅度上都几乎没有限制，基本上可以取任何实数值，输入与输出也呈线性变化。所以在模拟电路中，电压和电流可直接用来进行控制对象，例如家用电器设备中的音量开关控制、采用卤素灯泡灯具的亮度控制等等。 但模拟电路有诸多的问题：例如控制信号容易随时间漂移，难以调节；功耗大；易受噪声和环境干擾等等。 與模拟电路不同，数字电路是在预先确定的范围内取值，在任何时刻，其输出只可能为ON和OFF两种状态，所以电压或电流会通/断方式的重复脉冲序列加载到模拟负载。PWM技术是一种对模拟信号电平的数字编码方法，通过使用高分辨率计数器（调制频率）调制方波的占空比，从而实现对一个模拟信号的电平进行编码。其最大的优点是从处理器到被控对象之间的所有信号都是数字形式的，无需再进行数模转换过程；而且对噪声的抗干扰能力也大大增强（噪声只有在强到足以将逻辑值改变时，才可能对数字信号产生实质的影响），这也是PWM在通讯等信号传输行业得到大量应用的主要原因。 模拟信号能否使用PWM进行编码调制，仅依赖带宽，这即意味着只要有足够的带宽，任何模拟信号值均可以采用PWM技术进行调制编码，一般而言，负载需要的调制频率要高于10Hz，在实际应用中，频率约在1kHz到200kHz之间。 在信号接收端，需将信号解调还原为模拟信号，目前在很多微型控制器(MCU)内部都包含有PWM控制器模块。.

數位類比轉換器

数字模拟转换器（Digital to analog converter，英文缩写：DAC）是一种将数字信号转换为模拟信号（以电流、电压或电荷的形式）的设备。模拟数字转换器（ADC）则是以相反的方向工作。在很多数字系统中（例如计算机），信号以数字方式存储和传输，而数字模拟转换器可以将这样的信号转换为模拟信号，从而使得它们能够被外界（人或其他非数字系统）识别。 数字模拟转换器的常见用法是在音乐播放器中将数字形式存储的音频信号输出为模拟的声音。有的电视机的显像也有类似的过程。数字模拟转换器有时会降低原有模拟信号的精度，因此转换细节常常需要筛选，使得误差可以忽略。 由于成本的考虑以及对于模块化电子元件的需求，数字模拟转换器基本上是以集成电路的形式制造。数字模拟转换器有多重架构，它们各自都有各自的优缺点。在特定的应用中，数字模拟转换器的选用是否合适，取决于其一系列参数（包括转换速率以及分辨率）是否合适。.

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