3PLC程序地PID全參數(shù)地設(shè)定與調(diào)節(jié)精

1、實(shí)用文案PID 參數(shù)的設(shè)置與調(diào)節(jié)PID 控制簡介 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重 要標(biāo)志。同時(shí)， 控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理 論和智能控制理論三個(gè)階段。 智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣 機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 一個(gè)控控 制系統(tǒng)包括控制器傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入輸出接口。 控 制器的輸出經(jīng)過輸出接口執(zhí)行機(jī)構(gòu)加到被控系統(tǒng)上控制系統(tǒng) 的被控量經(jīng)過傳感器變送器通過輸入接口送到控制器。 不同的 控制系統(tǒng)其傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。 比如壓力控制 系統(tǒng)要采用壓力傳感器。 電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。 目 前，PID

2、 控制及其控制器或智能 PID 控制器(儀表)已經(jīng)很多，產(chǎn)品 已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品， 各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intellige nt regulator) ，其中 PID 控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整 或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用 PID 控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、 流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC)，還 有可實(shí)現(xiàn) PID 控制的 PC 系統(tǒng)等等。 可編程控制器 (PLC)是利用其閉 環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn) PID 控制，而可編程控制器 (PLC)可以直接與 Con trol

3、Net 相連，如 Rockwell 的 PLC-5 等。還有可以實(shí)現(xiàn) PID 控制標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案功能的控制器， 如 Rockwell 的 Logix 產(chǎn)品系列， 它可以直接與 Con trolNet 相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。1、開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng) (open-loop control system)是指被控對象的輸出 (被控制量 )對控制器 (controller) 的輸出沒有影響。 在這種控制系統(tǒng) 中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。2、閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) (closed-loop control system) 的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控 對象的輸出 (被控制量 )會(huì)

4、反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多 個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋， 若反饋信號與系統(tǒng)給定值 信號相反， 則稱為負(fù)反饋 ( Negative Feedback) ，若極性相同， 則稱 為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。 比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系 統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作 出各種正確的動(dòng)作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一 個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。 另例，當(dāng)一臺真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查 衣物是否洗凈， 并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源， 它就是一個(gè)閉環(huán)控制 系統(tǒng)。3、階躍響應(yīng)階躍響應(yīng)

5、是指將一個(gè)階躍輸入( step function )加到系統(tǒng)上時(shí)， 系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后系統(tǒng)的期望輸出 與實(shí)際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來描述。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性 (stability) ，一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須 是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確 性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來 (Steady-state error) 描述，它表 示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差， 快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性， 通 常用上升時(shí)間來定量描述。4、PID 控制的原理和特點(diǎn) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、

6、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。 PID 控制器問世至今已 有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便 而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全 掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)， 控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)， 系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定， 這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象 或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制 技術(shù)。PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。PID 控制器就是根據(jù)系 統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制

7、的。 比例( P)控制比例控制是一種最簡單的控制方式。 其控制器的輸出與輸入誤差 信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差( Stead y-state error )。積分( I )控制標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān) 系。對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)， 如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這 個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)( System with Steady-state Error )。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)” 。 積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而

8、加大，它推動(dòng)控 制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例 + 積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 微分( D)控制在微分控制中， 控制器的輸出與輸入誤差信號的微分 (即誤差的 變化率)成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能 會(huì) 出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié)) 或有滯后 (delay) 組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤 差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前” ，即在誤 差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅 引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值， 而

9、目前需要增加的是“微分項(xiàng)” ，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣， 具有比例 +微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于 零，甚至為負(fù)值， 從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性 或滯后的被控對象，比例 + 微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中 的動(dòng)態(tài)特性。5、PID 控制器的參數(shù)整定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。 它是根據(jù)被 控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的 大小。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理 論計(jì)算整定法。 它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型， 經(jīng)過理論計(jì)算確定控 制器參數(shù)。 這種方法所得到

10、的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用， 還必須通過 工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 二是工程整定方法， 它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)， 直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際 中被廣泛采用。 PID 控制器參數(shù)的工程整定方法， 主要有臨界比例法、 反應(yīng)曲線法和衰減法。 三種方法各有其特點(diǎn)， 其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)， 然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。 但無論采用哪一種方 法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。 現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID 控制器參數(shù)的 整定步驟如下： (1) 首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作 (2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系

11、統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期 (3) 在一定的控制度下通 過公式計(jì)算得到 PID 控制器的參數(shù)。PID 參數(shù)的設(shè)定：是靠經(jīng)驗(yàn)及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與 設(shè)定值曲線，從而調(diào)整 PID 的大小。PID 控制器參數(shù)的工程整定 ,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中 P.I.D 參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 以下可參照：溫度 T: P=2060%,T=180600s,D=3180s壓力 P: P=3070%,T=24180s標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案液位 L: P=2080%,T=60300s流量 L: P=40100%,T=660s書上的常用口訣：參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查 先是比例后積分，最后再把微

12、分加 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳 曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降 曲線波動(dòng)周期長，積分時(shí)間再加長 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來 動(dòng)差大來波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長 理想曲線兩個(gè)波，前高后低 4 比 1 一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低這里介紹一種經(jīng)驗(yàn)法。 這種方法實(shí)質(zhì)上是一種試湊法， 它是在生 產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的行之有效的方法，并在現(xiàn)場中得到了廣泛的應(yīng) 用。這種方法的基本程序是先根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)， 并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行， 然后人為地加入階躍擾動(dòng) （如改變調(diào)節(jié)器的 給定值），觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)曲線。若認(rèn)為控制質(zhì) 量不滿意， 則根據(jù)各整

13、定參數(shù)對控制過程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。 這 樣反復(fù)試驗(yàn)，直到滿意為止。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案經(jīng)驗(yàn)法簡單可靠， 但需要有一定現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)， 整定時(shí)易帶有主 觀片面性。當(dāng)采用 PID 調(diào)節(jié)器時(shí)，有多個(gè)整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次 數(shù)增多，不易得到最佳整定參數(shù)。下面以 PID 調(diào)節(jié)器為例，具體說明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟： 、讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù) S0=0 ，實(shí)際微分系數(shù) k=0 ，控制系 統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由小到大改變比例系數(shù) S1，讓擾動(dòng)信號作階躍變 化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。、取比例系數(shù) S1 為當(dāng)前的值乘以 0.83 ，由小到大增加積分系 數(shù) S0 ，同樣讓擾動(dòng)信號作階躍變化，直至求得滿意的控制過

14、程。(3)、積分系數(shù) S0 保持不變，改變比例系數(shù) S1，觀察控制過程 有無改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。否則，將原比例系 數(shù) S1 增大一些， 再調(diào)整積分系數(shù) S0 ，力求改善控制過程。 如此反復(fù) 試湊，直到找到滿意的比例系數(shù) S1 和積分系數(shù) S0 為止。引入適當(dāng)?shù)膶?shí)際微分系數(shù) k 和實(shí)際微分時(shí)間 TD ，此時(shí)可適當(dāng) 增大比例系數(shù) S1 和積分系數(shù) S0。和前述步驟相同， 微分時(shí)間的整定 也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過程滿意為止。注意：仿真系統(tǒng)所采用的 PID 調(diào)節(jié)器與傳統(tǒng)的工業(yè) PID 調(diào)節(jié)器 有所不同，各個(gè)參數(shù)之間相互隔離，互不影響，因而用其觀察調(diào)節(jié)規(guī) 律十分方便。PID 參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房 的溫度控制，一般 P可在 10 以上,I=3-10,D=1 左右。小慣量如：一 個(gè)小電機(jī)帶標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案一水泵進(jìn)行壓力閉環(huán)控制， 一般只用 PI 控制。P=1-10,I=0.1-1, D=0, 這些要