PID闭环控制的实现

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1、PID闭环控制的实现1引言在工业生产中，常需要用闭环控制方式来实现温度、压力、流量等连续变化的模拟量控制。无论使用模拟控制器的模拟控制系统，还是使用计算机(包括PLC)的数字控制系统，PID控制都得到了广泛的应用。PID控制器是比例一积分一微分控制的简称，具冇(1)不需要粘:确的控制系统数学模型；(2)有较强的灵活性和适应性；(3)结构典型、程序设计简单，工程上易于实现，参数调整方便等优点。积分控制可以消除系统的静差，微分控制可以改善系统的动态相应速度，比例、积分、微分三者有效地结合可以满足不同的控制要求。2P

2、LC实现P1D的控制方式2.1PID过程控制模块这种模块的P1D控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块屮，用户使用时序要设置一些参数，使用起來非常方便，一个模块可以控制儿路共至儿十路闭环回路。2.2PID功能指令现在很多PLC都冇供P1D控制川的功能指令，如S7-200的P1D指令。它们实际上是川于PID控制的子程序,与模拟最输入/输出模块一起使用，可以得到类似于使用P1D过程控制模块的效果。2.3用自编的程序实现PID闭环控制冇的PLC没冇P1D过程控制模块和P1D控制用的功能指令，冇吋虽然町以使用P1

3、D控制指令，但是希望采用某种改进的PID控制算法。在上述情况下都需要用户口己编制PID控制程序。3PLC-P1D控制器的实现本文以西门子S7-200PLC为例，说明P1D控制的原理及PLC的P1D功能指令的使用及控制功能的实现。3.1P1D控制器的数字化PLC的P1D控制器的设计是以连续系统的PID控制规律为基础，将其数字化写成离散形式的P1D控制方程，再跟据离散方程进行控制程序设计。在连续系统中，典型的PID闭环控制系统如图1所示。图1中sp(t)是给定值，pv(t)是反馈星，c(t)是系统的输出量，PID控

4、制的输入输出关系式为：(I)式中：M⑴一控制器的输出量,Mo为输出的初始值;e(t)=sp(t)-pv(t)—误差信号;Kc比例系数；Ti—积分时间常数；Td—微分时间常数。图1连续闭环控制系统方框图式⑴的右边前3项分别是比例、积分、微分部分，它们分别与误差，误差的积分和微分成正比。如果取其中的一项或两项，可以组成P、PD或PI控制器。假设采样周期为TS,系统开始运行的时刻为t=0,川矩形积分來近似粘确积分，川差分近似粘确微分，将公式1离散化，第n次采样时控制器的输出为：式中：%】一第次采样时的谋差值；K]—积

5、分系数；K。一微分系数。基于PLC的闭环控制系统如图2所示。图中的虚线部分在PLC内。其中spn、pvn>en>Mn分别为模拟量在sp(t)、pv(t)、e(t)、M(t)在第n次釆样时的数字量。图2PLC闭环控制系统方框图在许多控制系统内，可能只需要P、I、D中的一种或两种控制类型。如可能只要求比例控制或比例与积分控制，通过设置参数可对冋路进行控制类型进行选择。3.2输入输HI变量的转换P1D控制有两个输入星:给定值(sp)和过程变fi(pv)o多数工艺耍求给定值是固定的值，如加热炉温度的给定值。过程变量是经

6、A/D转换和计算后得到的被控量的实测值，如加热炉温度的测最值。给泄值与过程变量都是与被控对象有关的值，对于不同的系统，它们的人小、范围与工程单位有很人的区别。应JIJPLC的P1D指令对这些量进行运算之丽，必须将其转换成标准化的浮点数(实数)。同样，对于PID指令的输出，在将其送给D/A转化器Z前，也需进行转换