《PID原理12334》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PID原理12334（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、51PLC.COM51PLC技术网，成就你的梦想。PID回路控制的原理与调试2007-05-13 10:21 P.M.1. 引言在上篇文章中，我们着重介绍了西门子CPU222的系统配置及变频调速的工作原理http:/ PID控制概述西门子S7-200系列PLC能够进行PID控制，其CPU最多可支持8个PID控制回路。PID是闭环控制系统中比例-积分-微分控制算法，它可以看作是这三项之和，根据设定值与被控对象实际值的差值，按PID方式计算出控制输出量，使反馈跟随设定值变化，因此PID控制是负反馈闭环控制。其中比例项是增益（Kc）与偏差的乘积，积分项与偏差的和成正比，而微分项与偏差的变化成正比。P
2、ID控制功能是通过PID指令功能块实现的。在S7-200中，PID回路指令运用回路表中的输入信息和组态信息，进行PID运算，交换数据，编程极其简便，该指令影响特殊存储器标志位SM1.1 (溢出)。只有在逻辑堆栈栈顶值为1时，才能进行PID运算。本指令有两个操作数：TBL和LOOP（如下图所示）。其中TBL 是回路表的起始地址，操作数限用VB区，数据类型是BYTE型；LOOP 是回路号可以是 0 到 7 的整数，因此在程序中最多可以用 8 条PID 指令。如果有两个或两个以上的 PID 指令用了同一个回路号，即使这些指令的回路表不同，那么这些 PID 运算之间也会产生不可预料的结果。在直接使用P
3、ID 指令功能块之前，必须把增益（Kc）、采样时间（Ts）、积分时间（Ti）、微分时间（Td）等等这些实数全部转换成0.0-1.0之间的实数，以便PID 指令功能块接受，也就是说把外界实际物理量转换成PID 指令可以接收的数据，即输入/输出的转换与标准化处理。3. PID控制编程调试在本套系统中，为了生产需求，锅炉内蒸汽压力应维持在0.85-1.0MPa之间，压力的大小由压力变送器检测，变送器压力量程0-2.5MPa，输出DC4-20mA。因此在0.85MPa时，相应的电流输出是9.44Ma，同样1.0MPa时输出为10.4mA，其标准化刻度值如下图所示。过程变量值是压力变送器检测的单极性模拟
4、量，回路输出值也是一个单极性模拟量用来控制鼓风机的速度。这两个模拟量的范围是 0.0 -1.0 ，分辨率为1/32000 (标准化)。可以初步确定Kc=0.06，Ts=0.2，Ti=10.0，在这里不用微分作用，程序编辑如下图。程序上采用了主程序，子程序，中断程序的结构模式，程序清晰，明了，大大缩短了周期扫描时间。4. 调试程序选择PID的参数，以及相互间的配合，可以影响PID控制的稳定性。如采样时间过短对外部信号的变化有可能检测不到，而过长的采样时间显然不能满足控制精度的要求。又如过大的增益又会造成控制的震荡。在调试程序时要注意这些参数的设置，慢慢调试以至达到稳定的PID控制。5. 结束语P
5、ID控制在闭环控制中有着重要的作用，这里仅以控制鼓风机的速度来保持锅炉内蒸汽压力的恒定，介绍PID控制。同样锅炉内负压的维持，也是类似与此，这里不在详细介绍。6. 参考文献1 吴中俊等可编程序控制器原理及应用机械工业出版社，20032 丁斗章 变频调速技术与系统应用机械工业出版社，20053 S7-200系统手册及S7-200子网站PID的概念及优点1PID的概念及优点.PID既比例-积分-微分控制，是对闭环控制中的误差信号进行响应，并对控制量进行调节，以获得期望的系统响应。被控参数可测系统量，如转速、转矩或磁通。PID功能的优点：可通过对一个或多个增益值进行调节以及观测系统响应变化的方法，以
6、实验为根据进行调节。2PID功能PID是周期性地控制操作。假定控制器的执行频率足够高，以使系统得到真确控制。误差信号是通过将被控参数的期望设定值减去该参数的实际测量值来获得的。误差的符号表明控制输入所需的变化方向。P项由误差信号乘以一个P增益因子形成，使PID控制响应为误差幅值的函数。当误差信号增大时，控制器的P项将变大以提供更大的校正量。I项对全部误差信号进行连续积分。因此，小的静态误差随时间累计为一个较大的误差值。累计误差信号乘以一个I增益因子即成为PID控制器的I输出项。D项D项输入是计算前次误差值与当前误差值的差来获得的。该误差乘以一个D项增益因子即成为D输出项。系统误差变化的越快，控
7、制器的D项将产生更大的控制输出。3.接线PID接线根据反馈信号的不同有2种方法主要差别：反馈信号为电流时用4-5端子，反馈信号为电压信号时用2-5端子。以反馈信号为电压信号为例：先接好变频器和马达的连线在马达的散热端支好转速器将变速器与运放连接，将运放接到变频器的2-5端子上相关参数相关参数名称设定值说明Pr160PID功能选择0不选择PID功能1选择PID电压反馈（2-5端子）2选择PID电流反馈（4-5端子）Pr161PID比例增益0.0099.9Pr162PID积分增益0.0099.9Pr163PID微分增益0.0099.9下面是本人做的一些测试，由于能力有限，有不足和不对之处，请大家批
8、评指正。PID测试：测试的接线是在上面的连接的基础上在2-5端子间接一示波器用以检测反馈信号的波形。测试过程：当马达空载稳定运行时，给马达加负载至满载；当马达满载运行时，去掉马达的负载，用示波器观测这2种情况波形的变化。所用机种SS043-0.75kw运行频率为30Hz不起用PID功能时（Pr160=0），加上负载后，由示波器的波形看，电压由2.56V下降至2.13V不回升；去掉负载后电压回升到2.56V。起用PID功能时（Pr160=1，Pr161=1，Pr162=1）加上负载后，电压由2.56V下降至2.13V，经4秒回升至2.56V;去掉负载后电压由2.56V上升至2.98V，经4秒回降
9、至2.56V。当Pr161=0.5Pr162=0.5时，加上负载后，电压由2.56V下降至2.13V，经4秒回升至2.45V;去掉负载后电压由2.45V上升至2.64V，经4秒回降至2.56V。Pr16112345678910回升时间4.014.345.015.736.457.017.638.389.139.78回降时间4.024.345.015.756.457.057.588.359.139.76把Pr162=1不动改变Pr161的值，变化如下表Pr1621234510回升时间4.014.455.135.97波形为锯齿波，变化范围在0.125V同时马达的噪音变大回降时间4.024.505.2
10、35.95小结当Pr161，Pr162偏小时反馈信号有偏差，即PID功能不明显。当Pr161偏大时，马达速度的变化的响应时间变长。当Pr162偏大时，反馈信号波动变大，马达的运转速度在变化不稳定，同时噪音变大。交流变频调调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济领域的广泛适用性，已被公认为是一种最有前途的调速方式。在能源日益紧张的今天，变频器作为交流调速的一种主要手段，在工业生产中取得越来越广泛的应用。本文介绍的闭环恒压供水系统采用三垦SAMCO-vm05型变频器实现，详细叙述了其实现闭环控制的内藏PID功能主要参数设置及闭环调试方法。 文章出处：PaperDown.Net 2
11、闭环供水系统的原理该闭环系统应用于工厂的生产用水，其目的是向车间提供连续的水压稳定的水。图1是供水系统框图。它主要由变频控制箱、超压排流阀、液位传感控制器、压力传感器等组成。系统中，1#泵为恒速泵，2#泵为变频调速泵。正常工作时，由1#泵抽取河水，经净化后直接供生产车间，由于1#水泵供水量总大于车间用水量，因此设置了超压排流阀，当管道水压超过设定水压时，排流阀开始工作，多余的净化水被排到水池中，当水池水位到达水位上限时，系统控制1#泵停机，同时启动2#泵，由变频器控制2#泵向车间供水，当水池水位下降到水位下限时，2#泵停止工作，1#泵启动运行，如此循环。 文章出处：PaperDown.Net
12、文章出处：PaperDown.Net图1 闭环恒压供水系统框图 文章出处：PaperDown.Net 3 变频器闭环控制 变频器用于2#泵的控制，即在抽取水池水时，根据用水管网压力的变化，通过变频器实现自动跟踪来调节水泵电机的转速，保持用水管网压力稳定。三垦通用变频器SAMCO-vm05为用户实现闭环控制提供了内藏的PID功能，它能将外部变送器输入的模拟信号(420mA、05V、010V)反馈输入到变频器，并取得与变频器设定频率指令之间的偏差，进行P(比例)、I(积分)、D(微分)控制，从而使负载一侧的动作跟随指令值的变化而改变。3.1 硬件原理闭环控制的硬件原理如图2所示。压力传感变送器将管
13、网水压信号转变成420mA电流信号作为反馈输入到变频器的IRF/VRF2端子，外部压力设定器将指定的压力(01.0Mpa)转变为010V电压信号输入到变频器VRF1端子。变频器根据给定值与反馈值的偏差量进行PID控制，输出频率控制电机的转速，从而使系统处于稳定的工作状态，管网水压保持恒定。3.2 闭环控制的相关功能代码与参数 文章出处：PaperDown.Net图2闭环控制的硬件原理图 文章出处：PaperDown.Net变频器的功能参数很多，这里只介绍与PID闭环控制相关的参数设置，需要说明的是SAMCO-vm05型变频器内部PID控制采样周期Ts为10ms。Cd071=3 内藏PID控制模
14、式Cd120=5 反馈信号为420mA电流输入Cd002=3 给定信号为010V电压输入Cd122=0.00100.00 PID控制比例增益Cd123=0.00100.00 PID控制积分增益Cd124=0.00100.00 PID控制微分增益Cd125=1500 反馈输入滤波时间常数3.3 设定值和反馈值的频率变换在利用外部模拟信号作为设定值或反馈值时，输入模拟信号最小值(0V或4mA)时频率(偏置频率)和最大值(5V或10V或20 mA时的频率(增益频率)须根据其F-V特性(或F-I特性)来设定。(1) 设定值的频率变换外部压力设定器将压力01.0MP变换成电压信号010V输入到变频器VRF1端子，其F-V特性如图3。因此:偏置频率 cd054=0.0Hz增益频率 cd055=50.0Hz(2) 反馈量的频率变换压力传感器将管网压力01.0MP变换成电流信号420mA输入到变频器IRF/VRF2端子，其F-I特性如图4。因此: 偏置频率cd062=-12.5Hz 增益频率cd063=50.0Hz 文章出处：PaperDown.Net文章出处：PaperDown.Net图3 设定值的频率变换特性 文章出处：PaperDown.Net 文章出处：PaperDown.Net图4 反馈的频率变换特性 文章出处：P
