3PLC程序地PID全參數(shù)地設定與調(diào)節(jié)精

1、實用文案PID 參數(shù)的設置與調(diào)節(jié)PID 控制簡介 目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重 要標志。同時， 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階段。 智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣 機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 一個控控 制系統(tǒng)包括控制器傳感器變送器執(zhí)行機構(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 已在工程實際中得到了廣泛的應用，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)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整 或自校正、自適應算法來實現(xiàn)。有利用 PID 控制實現(xiàn)的壓力、溫度、 流量、液位控制器，能實現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC)，還 有可實現(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。還有可以實現(xiàn) PID 控制標準實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)絡來實現(xiàn)其遠程控制功能。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) 的特點是系統(tǒng)被控 對象的輸出 (被控制量 )會

4、反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多 個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋， 若反饋信號與系統(tǒng)給定值 信號相反， 則稱為負反饋 ( Negative Feedback) ，若極性相同， 則稱 為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。 比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系 統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作 出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一 個開環(huán)控制系統(tǒng)。 另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查 衣物是否洗凈， 并在洗凈之后能自動切斷電源， 它就是一個閉環(huán)控制 系統(tǒng)。3、階躍響應階躍響應

5、是指將一個階躍輸入( step function )加到系統(tǒng)上時， 系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應進入穩(wěn)態(tài)后系統(tǒng)的期望輸出 與實際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字來描述。標準實用文案穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性 (stability) ，一個系統(tǒng)要能正常工作，首先必須 是穩(wěn)定的，從階躍響應上看應該是收斂的準是指控制系統(tǒng)的準確 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)響應的快速性， 通 常用上升時間來定量描述。4、PID 控制的原理和特點 在工程實際中，應用最為廣泛的調(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)學模型時， 控制理論的其它技術(shù)難以采用時， 系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定， 這時應用 PID 控制技術(shù)最為方便。 即當我們不完全了解一個系統(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，最適合用 PID 控制 技術(shù)。PID 控制，實際中也有 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、微分計算出控制量進行控制

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。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差( Stead y-state error )。積分( I )控制標準實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。對一個自動控制系統(tǒng)， 如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這 個控制系統(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” 。 積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。 這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而

8、加大，它推動控 制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，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。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能 會 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，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅 引入“比例”項往往是不夠的，比例項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” ，它能預測誤差變化的趨勢，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，甚至為負值， 從而避免了被控量的嚴重超調(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 的動態(tài)特性。5、PID 控制器的參數(shù)整定標準實用文案PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(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)、積分時間和微分時間的 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 論計算整定法。 它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型， 經(jīng)過理論計算確定控 制器參數(shù)。 這種方法所得到

10、的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用， 還必須通過 工程實際進行調(diào)整和修改。 二是工程整定方法， 它主要依賴工程經(jīng)驗， 直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際 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、 反應曲線法和衰減法。 三種方法各有其特點， 其共同點都是通過試驗， 然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。 但無論采用哪一種方 法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善。 現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID 控制器參數(shù)的 整定步驟如下： (1) 首先預選擇一個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)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期 (3) 在一定的控制度下通 過公式計算得到 PID 控制器的參數(shù)。PID 參數(shù)的設定：是靠經(jīng)驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與 設定值曲線，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標準實用文案液位 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 曲線偏離回復慢，積分時間往下降 曲線波動周期長，積分時間再加長 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來 動差大來波動慢。微分時間應加長 理想曲線兩個波，前高后低 4 比 1 一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低這里介紹一種經(jīng)驗法。 這種方法實質(zhì)上是一種試湊法， 它是在生 產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的行之有效的方法，并在現(xiàn)場中得到了廣泛的應 用。這種方法的基本程序是先根據(jù)運行經(jīng)驗，確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)， 并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行， 然后人為地加入階躍擾動 （如改變調(diào)節(jié)器的 給定值），觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應曲線。若認為控制質(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 樣反復試驗，直到滿意為止。標準實用文案經(jīng)驗法簡單可靠， 但需要有一定現(xiàn)場運行經(jīng)驗， 整定時易帶有主 觀片面性。當采用 PID 調(diào)節(jié)器時，有多個整定參數(shù)，反復試湊的次 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)驗法的整定步驟： 、讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù) S0=0 ，實際微分系數(shù) k=0 ，控制系 統(tǒng)投入閉環(huán)運行，由小到大改變比例系數(shù) S1，讓擾動信號作階躍變 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 為當前的值乘以 0.83 ，由小到大增加積分系 數(shù) S0 ，同樣讓擾動信號作階躍變化，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 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?shù)膶嶋H微分系數(shù) k 和實際微分時間 TD ，此時可適當 增大比例系數(shù) S1 和積分系數(shù) S0。和前述步驟相同， 微分時間的整定 也需反復調(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 個小電機帶標準實用文案一水泵進行壓力閉環(huán)控制， 一般只用 PI 控制。P=1-10,I=0.1-1, D=0, 這些要