變頻器課件PID控制功能.ppt

3 3變頻器的PID控制功能 PID閉環(huán)控制的特點(diǎn) 首先 PID應(yīng)用范圍廣 其次 PID參數(shù)較易整定 第三 PID控制器在實(shí)踐中也不斷地得到改進(jìn) 如結(jié)合人工智能系統(tǒng) 模糊控制等 1 PID控制原理 1 PID的分類 PI控制 PI控制是由比例控制 P 和積分控制 I 組合成的 根據(jù)偏差及時(shí)間變化 產(chǎn)生一個(gè)執(zhí)行量 PI運(yùn)算是P和I運(yùn)算之和 PD控制 PD控制是由比例控制 P 和微分控制 D 組合成的 根據(jù)改變動(dòng)態(tài)特性的偏差速率 產(chǎn)生一個(gè)執(zhí)行量 PD運(yùn)算是P和D運(yùn)算之和 PID控制 利用PI控制和PD控制的優(yōu)點(diǎn)組合成的控制 PID運(yùn)算是P I和D三個(gè)運(yùn)算的總和 2 PID的控制邏輯 負(fù)作用 圖3 23PID負(fù)作用示意圖 正作用 圖3 24PID正作用示意圖 2 P I D的控制作用 1 比例控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式 其控制器的輸出信號(hào)XG與輸入誤差 XT XF 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 也稱為靜差 XG KP XT XF 式中 XG 頻率給定信號(hào) XT 目標(biāo)信號(hào) XF 反饋信號(hào) KP 放大倍數(shù) 也叫比例增益 對(duì)于變頻器來(lái)說(shuō) 比例控制實(shí)際上就是將偏差信號(hào) XT XF 放大了KP倍后再作為頻率給定信號(hào) 2 積分控制在積分控制中 控制器的輸出與輸入偏差信號(hào)的積分成正比關(guān)系 即使給定頻率信號(hào)XG的變化與KP XT XF 對(duì)時(shí)間的積分成正比 對(duì)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)系統(tǒng)為有穩(wěn)態(tài)誤差的系統(tǒng) 簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng) 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(duì)偏差取決于時(shí)間的積分 盡管 XT XF 一下子增大 或減小 了許多 但XG只能在 積分時(shí)間 內(nèi)逐漸地增大 或減小 從而緩解了XG的變化速度 防止了振蕩 積分時(shí)間越長(zhǎng) XG的變化越慢 3 微分控制在微分控制中 控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)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(guò)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環(huán)節(jié)或滯后環(huán)節(jié) 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變化 超前 即在誤差接近于零時(shí) 抑制誤差僅是放大誤差的幅值 而目前需要增加的是微分項(xiàng) 它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì) 3 變頻器內(nèi)置PID功能 PID閉環(huán)運(yùn)行 必須首先選擇PID閉環(huán)功能有效的情況下 變頻器按照給定值和反饋值進(jìn)行PID調(diào)節(jié) PID調(diào)節(jié)是過(guò)程控制中應(yīng)用得十分普遍的一種控制方式 它是使控制系統(tǒng)的被控物理量能夠迅速而準(zhǔn)確地接近于控制目標(biāo)的基本手段 在PID調(diào)節(jié)中 必須有兩種控制信號(hào) 1 給定值 又稱為設(shè)定值 它是與被控物理量的控制目標(biāo)對(duì)應(yīng)的信號(hào) 在PID方式中 它指的是對(duì)測(cè)量值全范圍中確定一個(gè)符合現(xiàn)場(chǎng)控制要求的一個(gè)數(shù)值 并以該數(shù)值為目標(biāo)值 使系統(tǒng)最終穩(wěn)定在此值的水平上或范圍內(nèi) 并且越接近越好 一方面 給定值是和所選傳感器的量程有關(guān)的 給定信號(hào)的大小由傳感器量程的百分?jǐn)?shù)表示 例如 當(dāng)目標(biāo)壓力為0 7MPa時(shí) 如所選壓力傳感器的量程為0 1 0MPa 4 20mA電流輸出 則對(duì)應(yīng)于0 7MPa的給定量為70 如所選壓力傳感器的量程為0 5 0MPa 4 20mA電流輸出 則對(duì)應(yīng)于0 6MPa的給定量為14 另一方面 常用的給定值給定方式主要有兩種 一種是通過(guò)變頻器的模擬量輸入端給定 其給定信號(hào)可以是電壓信號(hào) 也可以是電流信號(hào) 另一種是面板給定 即直接通過(guò)面板上的鍵盤來(lái)給定 例如 在供水系統(tǒng)中所選用傳感器的測(cè)量范圍是0 1MPa 而需保持0 7MPa的壓力 因此0 7MPa就是給定值 即設(shè)定值 它可用模擬量給定 即在外部操作模式時(shí)由變頻器2 5端子間施加對(duì)應(yīng)的3 5V 5 70 3 5V 電壓 也可在參數(shù)中給定 令P133 70 僅限于PU和PU EXT模式下有效 當(dāng)系統(tǒng)未達(dá)到設(shè)定壓力時(shí) 電機(jī)以上限頻率fH運(yùn)行 而達(dá)到或超過(guò)設(shè)定壓力時(shí) 電機(jī)降速或停止運(yùn)行 2 反饋值 它是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳感器測(cè)量的與被控物理量的實(shí)際值對(duì)應(yīng)的信號(hào) PID調(diào)節(jié)功能將隨時(shí)對(duì)給定值和反饋值進(jìn)行比較 以判斷是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo) 具體地說(shuō) 它將根據(jù)兩者的差值 利用比例P 積分I 微分D的手段對(duì)被控物理量進(jìn)行調(diào)整 直至反饋值和給定值基本相等 以達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)為止 因各控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征不同 況且也很難計(jì)算出PID準(zhǔn)確數(shù)值 故而需對(duì)變頻器中默認(rèn)的PID參數(shù)進(jìn)行再調(diào)整 為調(diào)試簡(jiǎn)便起見 一般在供排水 流量控制中只需用P I控制即可 D參數(shù)較難確定 它容易和干擾因素混淆 在此類場(chǎng)合也無(wú)必要 通常用在溫度控制場(chǎng)合 PI參數(shù)中 P是最為重要的 定性的講 由于P 1 KP 所以P越小系統(tǒng)的反應(yīng)越快 但過(guò)小的話會(huì)引起振蕩而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定 它起到穩(wěn)定測(cè)量值的作用 而I是為了消除靜差 即使測(cè)量值接近設(shè)定值 原則上不宜過(guò)大 試運(yùn)行時(shí)可于在線條件下邊觀察測(cè)量值的變化邊反復(fù)調(diào)節(jié)P I參數(shù) 直至測(cè)量值穩(wěn)定并與設(shè)定值接近為止 4 變頻器的接線和輸入輸出端子功能設(shè)定 圖3 25PID控制電路 表3 16I O信號(hào)使用功能表 5 參數(shù)設(shè)定 參數(shù)設(shè)定表 6 調(diào)節(jié)過(guò)程 1 參數(shù)設(shè)定 根據(jù)系統(tǒng)控制要求 調(diào)節(jié)Pr 128 Pr 133的PID控制參數(shù) 2 端子設(shè)定 設(shè)定PID控制用的輸入輸出端子 Pr 180 Pr 186 Pr 190 Pr 195 3 接通X14 選擇PID控制功能 4 運(yùn)行 在變頻器的外接輸入控制端子中 通過(guò)功能預(yù)置 可以將若干個(gè) 通常為2 4 輸入端作為多段速 3 16擋 控制端 其轉(zhuǎn)速的切換由外接的開關(guān)器件通過(guò)改變輸入端子的狀態(tài)及其組合來(lái)實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)速的擋次是按二進(jìn)制的順序排列的 故二個(gè)輸入端可以組合成3或4擋轉(zhuǎn)速 三個(gè)輸入端可以組合成7或8擋轉(zhuǎn)速 四個(gè)輸入端可以組合成15或16擋轉(zhuǎn)速 3 4多段速控制端子的功能 表3 10多段速參數(shù)的意義及設(shè)定范圍 圖3 13多段速運(yùn)行的接線圖 1 3段速設(shè)定RH信號(hào)為ON時(shí)按Pr 4中設(shè)定的頻率運(yùn)行 RM信號(hào)為ON時(shí)按Pr 5中設(shè)定的頻率運(yùn)行 RL信號(hào)為ON時(shí)按Pr 6中設(shè)定的頻率運(yùn)行 2 4段以上的多段速設(shè)定通過(guò)RH RM RL REX信號(hào)的組合可以進(jìn)行4 15段速的設(shè)定 Pr 24 Pr 27 Pr 232 Pr 239設(shè)定運(yùn)行頻率 輸入信號(hào)組合與各擋速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3 14所示 例如在圖3 14中 當(dāng)RH和RL信號(hào)同時(shí)為ON時(shí) 按Pr 25中設(shè)定的頻率 即速度5 運(yùn)行 對(duì)于REX信號(hào)輸入所使用的端子 通過(guò)將Pr 180 Pr 186中的任一個(gè)參數(shù)設(shè)定為 8 來(lái)進(jìn)行功能的分配 借助于點(diǎn)動(dòng)頻率 Pr 15 上限頻率 Pr 1 和下限頻率 Pr 2 最多可以設(shè)定