PID回路有效控制的原理与调试.doc

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1、PID回路控制的原理与调试2007-05-1310:21P.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://gongkong.com/tech/example/include/4569.asp，因此在本章中将重点介绍如何使用西门子CPU222的PID回路控制。2.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

2、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。　　PID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

3、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PID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DC4-20

4、mA。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

5、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　　PID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，2003〔2〕丁斗章《变频调速技术与系统应用》机械工业出版社，2005〔3〕《S7-200系统手册》及S7-200子网站 PID的概念及优点1．PID的概

6、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，以实验为根据进行调节。2．PID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。  ①P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

7、制器的P项将变大以提供更大的校正量。  ②I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。  ③D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：⑴先接好变频器和马达的连线⑵在马达的散热端支好转速