1. PID调试步骤 

　　没有一种控制算法比PID调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基本源自PID。甚至可以这样说：PID调节器是其它控制调节算法的吗。

　　为什么PID应用如此广泛、又长久不衰？ 

因为PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同时，在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。 

　　由于自动控制系统被控对象的千差万别，PID的参数也必须随之变化，以满足系统的性能要求。这就给使用者带来相当的麻烦，特别是对初学者。下面简单介绍一下调试PID参数的一般步骤： 

　　1．负反馈 

　　自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（PID算法时，误差=输入-反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。 

　　2．PID调试一般原则 

　　a.在输出不振荡时，增大比例增益P。 

　　b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。 

　　c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。 

　　3．一般步骤 

　　a.确定比例增益P 

　　确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。 

　　b.确定积分时间常数Ti 

　　比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。积分时间常数Ti调试完成。 

　　c.确定积分时间常数Td 

　　积分时间常数Td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。 

　　d.系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。 

2.PID控制简介 

目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。 

　　1、开环控制系统 

　　开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 

　　2、闭环控制系统 

　　闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。 

　　3、阶跃响应 

　　阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后﹐系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的﹔准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差﹔快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。 

　　4、PID控制的原理和特点 

　　在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 

　　比例（P）控制 

　　比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 

　　积分（I）控制 

　　在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 

　　微分（D）控制 

　　在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 

　　5、PID控制器的参数整定 

　　PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

3.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中PID参数经验数据以下可参照：

温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s 

压力P: P=30~70%,T=24~180s, 

液位L: P=20~80%,T=60~300s, 

流量L: P=40~100%,T=6~60s。 

4. PID常用口诀：

参数整定找最佳，从小到大顺序查 

先是比例后积分，最后再把微分加 

曲线振荡很频繁，比例度盘要放大

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 

曲线偏离回复慢，积分时间往下降 

曲线波动周期长，积分时间再加长 

曲线振荡频率快，先把微分降下来 

动差大来波动慢。微分时间应加长 

理想曲线两个波，前高后低4比1 

一看二调多分析，调节质量不会低 

模拟示波器与数字示波器差别

示波器是观察波形的窗口，它让设计人员或维修人员详细看见电子波形，达到眼见为实的效果。因为人眼是最灵敏的视觉器官，可以明察秋毫之末，极为迅速地反映物体至大脑，作出比较和判断。因此，示波器亦誉为波形多用表。
    早期示波器只显示电压随时间的变化，作定性的观察。随后，改进的示波器具备定量的功能，测量幅度和时间，以及它们的变化情况。同时，为了记录和比较偶发事件，要借助照相机和示波管的长余辉效应。

    模拟示波器的频率特性由垂直放大器和阴极示波管来决定。八十年代示波器引入数字处理和微处理器，出现数字示波器，现在把模拟示波器称为模拟实时示波器（ART），数字示波器称为数字存储示波器（DSO）。

    ART需要与带宽相适应的放大器和阴极射线示波管，随着频率的提高，对阴极射线示波管的工艺要求严格，成本增加，存并瓶颈。DSO只要与带宽相适应的高速A/D转换器，其它存储器和D/A转换器以及显示器都是较低速成的部件，显示器可用LCD平面阵列和彩色屏幕。

    DSO采用微处理器作控制和数据处理，使DSO具有超前触发、组合触发、毛刺捕捉、波形处理、硬拷贝输出、软盘记录、长时间波形存储等ART所不具备的功能，目前DSO的带宽也超过1GHz，在许多方面都超过ART的性能。

    DSO也有不足之处，带宽取决于取样率，比较通用的取样率等于带宽的4倍。复现的波形靠内插算法补齐，波形会有失真；A/D转换速度快，但D/A转换速度慢，故波形更新率低，偶发信号会被遗漏；垂直分辨率一般用8位，显然较低；面板旋钮多，菜单复杂，使用不方便；没有亮度调制，观察不到三维图形；波形存储容量不够，无法对波形进行处理等等。

    目前DSO的不足之处已基本被克服，但是并非全部良好性能都体现在同一部示波器内，亦即每部DSO都会有一定特点，也有某些不足，在选择型号时应该留意对比。有些型号的DSO具有与ART一样的波形更新率，有些型号的DSO却没有，有一种DSO具有ART的荧光屏三维图形显示能力，而大部分DSO不具备这种性能。大部分DSO实时带宽与单次带宽相同，但也有只保证实时带宽的DSO。

    前述DSO都包含A/D转换器和微处理器。这样一来，在PC机增加插卡亦可构成DSO，但一般取样率较低，功能较少，价格也便宜。还有采用VXI总线的DSO模块，以及机架式的DSO插件。

    DSO的存储器是示波器部件中仅次于A/D转换器的元件，它保存被测信号的样品，供后续的D/A转换器把波形复原，现在存储容量可达到1M以上。

    普通DSO有8位垂直分辨率，即每次扫描有256个样品，需要256点的存储，相当256字节。如果提高分辨率，将水平轴扩大10倍，则相当20K字节；垂直轴亦扩大10倍，相当40K字节。由此可见，DSO最少应有2K字节，中等的DSO应有40K字节以上。如果要记录10倍上述的波形，则起码要400K字节以上。因此，存储容量大小很重要。

    反过来，存储容量也影响到扫描速度，例如每扫迹只有50K点的存储器，记录100μs数据，则取样间距是2ns，此时取样率相当500MS/s，以取样率等于4倍带宽计算，实时带宽等于125MHz。

显然,如果需要提高取样率至1000MS/s，则记录100μs的数据，需要100K点的存储器。

    为了存储一幅完整的图形，设图素是1024×512=0.5M位，四幅图形，要有2M位存储量。在FFT分析中也需要额外的存储量，将新的波形的分量与参考的波形或存储的波形作对比。为便于波形存储，有些DSO还提供软盘或硬盘作数据记录之用。

 

几个概念：

示波器带宽：定义为示波器能在屏幕上以不低于真实信号3dB幅度的显示信号的最高频率。即，示波器所显示的信号幅度为真实信号幅度的71%时的信号频率。

示波器显示的信号上升时间Tdisplay=((Trsignal)2+(Trscope)2)1/2

 采样速率：每秒采样的点数

示波器的上升时间Tr: 示波器理论上能够显示的最快瞬变时间，与带宽直接相关。 Tr(ns) = 350 / B MHz

模拟示波器是利用CRT进行波形的显示，输入信号通过控制CRT的偏转电场，控制电子束在荧光屏上扫描出信号的轨迹。信号在屏幕上显示的时间受限于荧光物质，最常用的荧光物质P31,其余辉显示时间约为1ms,而P7则为300ms左右。因此在测量高频数字信号的时候，将会由于信号频率太快，而来不及显示造成无法观测。

数字示波器则克服了上述弱点，通过将采集到的模拟信号储存后显示，极大地提高了示波器的显示范围，扩展了示波器的功能。

大的来说,元件有插装和贴装.

1．BGA 球栅阵列封装
2．CSP 芯片缩放式封装
3．COB 板上芯片贴装
4．COC 瓷质基板上芯片贴装
5．MCM 多芯片模型贴装
6．LCC 无引线片式载体
7．CFP 陶瓷扁平封装
8．PQFP 塑料四边引线封装
9．SOJ 塑料J形线封装
10．SOP 小外形外壳封装
11．TQFP 扁平簿片方形封装
12．TSOP 微型簿片式封装
13．CBGA 陶瓷焊球阵列封装
14．CPGA 陶瓷针栅阵列封装
15．CQFP 陶瓷四边引线扁平
16．CERDIP 陶瓷熔封双列
17．PBGA 塑料焊球阵列封装
18．SSOP 窄间距小外型塑封
19．WLCSP 晶圆片级芯片规模封装
20．FCOB 板上倒装片

慢慢学八.


零件封装是指实际零件焊接到电路板时所指示的外观和焊点的位置。是纯粹的空间概念.因此不同的元件可共用同一零件封装，同种元件也可有不同的零件封装。像电阻，有传统的针插式，这种元件体积较大，电路板必须钻孔才能安置元件，完成钻孔后，插入元件，再过锡炉或喷锡（也可手焊），成本较高，较新的设计都是采用体积小的表面贴片式元件（SMD）这种元件不必钻孔，用钢膜将半熔状锡膏倒入电路板，再把SMD元件放上，即可焊接在电路板上了。

电阻 AXIAL

无极性电容 RAD

电解电容 RB-

电位器 VR

二极管 DIODE

三极管 TO

电源稳压块78和79系列 TO－126H和TO-126V

场效应管 和三极管一样

整流桥 D－44 D－37 D－46

单排多针插座 CON SIP

双列直插元件 DIP

晶振 XTAL1



电阻：RES1，RES2，RES3，RES4；封装属性为axial系列

无极性电容：cap;封装属性为RAD-0.1到rad-0.4

电解电容：electroi;封装属性为rb.2/.4到rb.5/1.0

电位器：pot1,pot2；封装属性为vr-1到vr-5

二极管：封装属性为diode-0.4(小功率）diode-0.7(大功率）

三极管：常见的封装属性为to-18（普通三极管）to-22(大功率三极管）to-3(大功率达林

顿管）

电源稳压块有78和79系列；78系列如7805，7812，7820等

79系列有7905，7912，7920等

常见的封装属性有to126h和to126v

整流桥：BRIDGE1,BRIDGE2: 封装属性为D系列（D-44，D-37，D-46）




电阻： AXIAL0.3-AXIAL0.7 其中0.4-0.7指电阻的长度，一般用AXIAL0.4


瓷片电容：RAD0.1-RAD0.3。 其中0.1-0.3指电容大小，一般用RAD0.1


电解电容：RB.1/.2-RB.4/.8 其中.1/.2-.4/.8指电容大小。一般<100uF用

RB.1/.2,100uF-470uF用RB.2/.4,>470uF用RB.3/.6


二极管： DIODE0.4-DIODE0.7 其中0.4-0.7指二极管长短，一般用DIODE0.4


发光二极管：RB.1/.2


集成块： DIP8-DIP40, 其中8－40指有多少脚，8脚的就是DIP8


贴片电阻

0603表示的是封装尺寸 与具体阻值没有关系

但封装尺寸与功率有关 通常来说

0201 1/20W

0402 1/16W

0603 1/10W

0805 1/8W

1206 1/4W


电容电阻外形尺寸与封装的对应关系是:

0402=1.0x0.5

0603=1.6x0.8

0805=2.0x1.2

1206=3.2x1.6

1210=3.2x2.5

1812=4.5x3.2

2225=5.6x6.5


关于零件封装我们在前面说过，除了DEVICE。LIB库中的元件外，其它库的元件都已经有了

固定的元件封装，这是因为这个库中的元件都有多种形式：以晶体管为例说明一下：

晶体管是我们常用的的元件之一，在DEVICE。LIB库中，简简单单的只有NPN与PNP之分，但

实际上，如果它是NPN的2N3055那它有可能是铁壳子的TO—3，如果它是NPN的2N3054，则有

可能是铁壳的TO-66或TO-5，而学用的CS9013，有TO-92A，TO-92B，还有TO-5，TO-46，TO-5

2等等，千变万化。

还有一个就是电阻，在DEVICE库中，它也是简单地把它们称为RES1和RES2，不管它是100Ω

还是470KΩ都一样，对电路板而言，它与欧姆数根本不相关，完全是按该电阻的功率数来决

定的我们选用的1/4W和甚至1/2W的电阻，都可以用AXIAL0.3元件封装，而功率数大一点的话

，可用AXIAL0.4,AXIAL0.5等等。现将常用的元件封装整理如下：

电阻类及无极性双端元件 AXIAL0.3-AXIAL1.0

无极性电容 RAD0.1-RAD0.4



有极性电容 RB.2/.4-RB.5/1.0

二极管 DIODE0.4及 DIODE0.7

石英晶体振荡器 XTAL1

晶体管、FET、UJT TO-xxx(TO-3,TO-5)

可变电阻（POT1、POT2） VR1-VR5

当然，我们也可以打开C:\Client98\PCB98\library\advpcb.lib库来查找所用零件的对应封

装。

这些常用的元件封装，大家最好能把它背下来，这些元件封装，大家可以把它拆分成两部分

来记如电阻AXIAL0.3可拆成AXIAL和0.3，AXIAL翻译成中文就是轴状的，0.3则是该电阻在印

刷电路板上的焊盘间的距离也就是300mil（因为在电机领域里，是以英制单位为主的。同样

的，对于无极性的电容，RAD0.1-RAD0.4也是一样；对有极性的电容如电解电容，其封装为R

B.2/.4，RB.3/.6等，其中“.2”为焊盘间距，“.4”为电容圆筒的外径。

对于晶体管，那就直接看它的外形及功率，大功率的晶体管，就用TO—3，中功率的晶体管

，如果是扁平的，就用TO-220，如果是金属壳的，就用TO-66，小功率的晶体管，就用TO-5

，TO-46，TO-92A等都可以，反正它的管脚也长，弯一下也可以。

对于常用的集成IC电路，有DIPxx，就是双列直插的元件封装，DIP8就是双排，每排有4个引

脚，两排间距离是300mil,焊盘间的距离是100mil。SIPxx就是单排的封装。等等。

值得我们注意的是晶体管与可变电阻，它们的包装才是最令人头痛的，同样的包装，其管脚

可不一定一样。例如，对于TO-92B之类的包装，通常是1脚为E（发射极），而2脚有可能是

B极（基极），也可能是C（集电极）；同样的，3脚有可能是C，也有可能是B，具体是那个

，只有拿到了元件才能确定。因此，电路软件不敢硬性定义焊盘名称（管脚名称），同样的

，场效应管，MOS管也可以用跟晶体管一样的封装，它可以通用于三个引脚的元件。



Q1-B，在PCB里，加载这种网络表的时候，就会找不到节点（对不上）。

在可变电阻上也同样会出现类似的问题；在原理图中，可变电阻的管脚分别为1、W、及2，

所产生的网络表，就是1、2和W，在PCB电路板中，焊盘就是1，2，3。当电路中有这两种元

件时，就要修改PCB与SCH之间的差异最快的方法是在产生网络表后，直接在网络表中，将晶

体管管脚改为1，2，3；将可变电阻的改成与电路板元件外形一样的1，2，3即可。

        数字模块和模拟模块使用同一个电源供电或者分开供电。

        当模拟正电源和数字正电源引脚AVdd和DVdd分开供电时，可以使AVdd不受系统DVdd电源线上噪声信号的干扰。虽然可以用各自独立的电源驱动AVdd和DVdd，但必须确保AVdd和DVdd的电压一直保持在士0.3V以内，以避免损坏芯片。因此在AVdd和DVdd不直接连在一起时，在它们之间应该连接反向相叠的Schottky(肖特基)二极管，起到嵌位的作用。

        当AVdd和DVdd。使用同一个电源供电时，则可以通过在AVdd和DVdd之间串接小阻抗电阻(如2 欧左右)或磁珠来保证AVdd不受DVdd的影响，并且将AVdd接地去耦。