PID控制整定方法.doc

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1、1  引言A            　现今在工业生产过程中常要用闭环控制方法来实现温度、速度、压力、液位等的模拟量控制。而现在估计有90%以上的闭环控制采用pid(proportional-integral-derivative)控制器，因为pid控制不需要被控对象的数学模型。且pid控制结构简单，容易实现，有较强的灵活性和适应性。pid控制中的一个至关重要的问题是控制器的参数整定问题(即比例系数、积分时间、微分时间)的整定。          　　现在已有很多plc厂家提供具有pid控制功能的产品，例如p

2、id闭环控制模块、pid控制指令和pid控制系统功能块等，它们使用简单方便，只需要设置一些参数即可。step7-micro/min的pid指令向导pid指令应用更加的简单方便。本文结合西门子公司的s7-200plc介绍pid参数自整定方法。        2  pid参数自整定原理与过程        　　2.1pid控制器的数字化          　　在pid模拟量闭环控制系统中如图1所示，被控量c(t)为压力、温度、速度等连续变化的模拟量，而且大多数执行机构要求plc输出模拟量信号m(t)，而plc只

3、能出来数字量。因此c(t)首先被测量元件(传感器)和变送器转换为标准量程的直流电流信号或直流电压信号pv(t)，之后plc的模拟量输入模块用a/d转换器将其转换为数字量pv(n)。plc按照一定的采样周期采集反馈量，并进行pid控制的计算，得到数字量m(n)，如果执行机构要求模拟量输入，plc的模拟量输出模块用d/a转换器将其转换为模拟量m(t)。2011-7-515:18:08上传下载附件(17.01KB)                                              图1  

4、pid模拟量闭环控制结构图　　pid模拟量控制的输入输出关系为：      2011-7-515:19:32上传下载附件(3.79KB)        (1)　　输出=比例项+积分项+微分项+输出初始值          　　数字化后第n次采样时控制器的输出为：      2011-7-515:20:28上传下载附件(3.75KB)            (2)　　在图2中e(n)、pv(n)、sp(n)、m(n)均为第n次采样的数字量，pv(t)、m(t)、c(t)均为模拟量。2011-7-515:20:

5、55上传下载附件(21.77KB)                          图2  pid数字量闭环控制结构图　　式(2)中en是第n次采样时的误差值，en-1是第n-1次采样时的误差值，kc、ki、kd分别是pid回路的增益、积分项、微分项的系数。对于pid回路的控制，有些控制系统只需要比例、积分、微分中的一种或两种控制类型，如果只需比例和积分，则把微分时间常数置为0。如果只需比例和微分，则把积分时间设为无穷大。一般情况下，比例、积分回路控制应用比较多。微分控制的作用不宜过强，否则易引起系统的不

6、稳定。        　　2.2plc实现pid控制方法          　　pid指令实现，s7-200plc的pid指令，该指令需要指定一个v变量存储区地址开始的pid回路表，以及pid回路号。pid回路表提供了给定值、过程变量以及pid参数等数据入口，pid的运算结果也通过回路表输出。新型s7-200plc具有参数自整定功能，v4.0版的编程软件step7-micro/win增加了pid整定控制面板。这两项功能相结合，使用户能轻松的实现pid的参数自整定，同时实现对最多8个回路进行自整定。     

7、   　　2.3  pid参数的自整定方法          　　从式(2)可以看出pid参数自整定就是去整定系统的4个参数值ts、kc、ti、td。在整定之前必须明确各个参数与系统静态性能之间的关系。比例的作用是产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点，kc越大作用越强，系统的稳态误差越小，但是kc太大会使系统产生振荡降低了系统的稳定性。积分作用是消除稳态误差，提高控制精度，但积分作用动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响，因此很少单独使用；积分时间常数ti增大时，积分作用减弱，系统稳定性可能

8、有所改善，但消除误差速度变慢；微分部分具有超前调节和预测误差的作用，微分时间常数td增大时，可能会减少超调量，动态性能得到改善，但抑制高频干扰能力降低，td过大系统输出量可能出现频率较高的振荡，通常不加入微分调节。        3  s7-200plc的pid参数自整定          　　这里以s7-200plc及其pid温度调节模块结合step7-micro/win介绍其pid参数的自整定过程，step7