OCXO是恒溫石英晶體振蕩器的簡稱，OCXO恒溫晶振屬于高穩(wěn)定，高技術(shù)，高要求，高可靠的高端有源晶振，這種恒溫晶體振蕩器都有一個(gè)恒溫槽，里面有一個(gè)石英晶體諧振器可以使周圍的溫度保持恒定。并且恒溫晶體振蕩器還可以使頻率變化量減少到最小，而且還融合了低相位抖動(dòng)，低相噪，低插損等優(yōu)良特性，可以用在智能汽車、工業(yè)產(chǎn)品、科研計(jì)量、人造衛(wèi)星、軍事設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。PID控制器是P，PI，PD的統(tǒng)稱，是應(yīng)用到恒溫晶體振蕩器身上的高新技術(shù)。

PID控制器原理

PID控制器是一種線性控制器,它根據(jù)給定值r(t)和實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成控制偏差e（t）

再按比例、積分、微分運(yùn)算后構(gòu)成PID控制規(guī)律

寫成傳遞函數(shù)的形式為：

式中Kp為比例系數(shù),T1為積分時(shí)間常數(shù),TD為微分時(shí)間常數(shù),原理如圖4.13所示：

下面簡單介紹比例部分、積分部分和微分部分的作用。

1.比例調(diào)節(jié)器(P)

它的輸出和偏差信號(hào)成正比,只要偏差出現(xiàn),就能及時(shí)地產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用。調(diào)節(jié)的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)Kn的大小,K,越大系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快,系統(tǒng)調(diào)節(jié)的石英晶振精度越高,但是容易產(chǎn)生超調(diào),系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。如果K取值過小,系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢,調(diào)節(jié)時(shí)間加長,穩(wěn)定性變壞。

2.比例積分調(diào)節(jié)器PI)

只要系統(tǒng)存在誤差,積分控制作用就不斷積累,輸出控制量以消除誤差,因而只要有足夠的時(shí)間,積分將能完全消除誤差。參數(shù)T的一個(gè)最主要作用就是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,T越大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差消除的越快,但也不能過大,否則在響應(yīng)過程的初期產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象,若T過小,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差難以消除,影響石英晶體振蕩器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。

3.比例微分調(diào)節(jié)器(PD)

微分控制可以減小超調(diào)量,克服有源晶振振蕩,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高,同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,減小過渡過程時(shí)間,從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,具有“前導(dǎo)”作用,但T不能過大,否則會(huì)使響應(yīng)過程提前制動(dòng),延長調(diào)節(jié)時(shí)間,并且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾能力。

為了能在數(shù)字信號(hào)處理器中實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的PD控制,必須對(duì)其進(jìn)行離散化處理。常見的數(shù)字PID控制方法有位置式和增量式,位置式PID算法每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān),計(jì)算式中要用到過去偏差的累加值,容易產(chǎn)生較大的累積誤差;而增量式PID只需計(jì)算增量,當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時(shí),對(duì)控制量計(jì)算的影響較小。因?yàn)檫@里PD控制器的執(zhí)行單元是DA轉(zhuǎn)換器,其轉(zhuǎn)換輸出的電壓用來調(diào)節(jié)OCXO晶振的頻率,因此需要的是控制的絕對(duì)數(shù)值,而不是控制的增量,所以位置式PID控制算法在這里比較合適,下面將簡單介紹位置式PD控制算法。

當(dāng)采樣時(shí)間T很短時(shí),采用數(shù)字逼近的方法,利用求和代替積分:

式中,T為采樣周期;k為采樣序號(hào);e(k)為系統(tǒng)在第k次采樣時(shí)刻的偏差值; e(k-1)為系統(tǒng)在第(k-1)次采樣時(shí)刻的偏差值。

離散PID表達(dá)式；

般稱K為比例系數(shù),K1=KPT/T1為積分系數(shù), KD=KPTD/T為微分系數(shù),依次稱為比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)。

由式(425)可得第(k-1)次樣時(shí)刻的控制量為:

用式(4-25減去式(K-1)可得:

這就是位置式PID的遞推公式,在進(jìn)行數(shù)字化離散后編程用的就是這個(gè)公式。