用RSLogix5000梯形圖實現(xiàn)一種高級PID運(yùn)算─帶濾波器的PID控制器

1、用RSLogix5000梯形圖實現(xiàn)一種高級PID運(yùn)算 帶濾波器的PID控制器 隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，在過程控制領(lǐng)域，圍繞著對傳統(tǒng)PID控制策略的改進(jìn)，出現(xiàn)了各種改進(jìn)型的PID控制器。帶濾波器的PID控制器（又稱二自由度PID）就是其中之一。 帶濾波器的PID控制實際上是在設(shè)定值回路里加入了一個超前滯后環(huán)節(jié)，當(dāng)設(shè)定值作階躍變化時，通過超前滯后的濾波作用，設(shè)定值變得緩慢了許多，從而可大大提高控制器的比例增益和積分增益，達(dá)到改善控制效果的目的。帶濾波器的PID控制器適用于設(shè)定值需要經(jīng)常改變的場合，如串級控制的副回路、比值控制的從回路、程序控制及具有上位機(jī)設(shè)定功能的控制系統(tǒng)中。對于一般的單參數(shù)定值控

2、制系統(tǒng)，實際上在PID參數(shù)整定過程中，一般是在設(shè)定值作階躍情況下進(jìn)行的，所以，對改善控制系統(tǒng)的性能也有積極意義。 本人先后利用MATLAB/Smulink 模型進(jìn)行仿真及用RSLogix5000梯形圖程序，利用Emulate 5000 Chassis Monitor 進(jìn)行仿真，都取得比較滿意的效果。下面介紹如何用AB 公司PLC 實現(xiàn)帶濾波器的PID控制及其仿真。1. 帶濾波器的PID 控制原理PID 控制器兼有兩種職能，一是克服各種擾動；二是追蹤設(shè)定值變化。因為，引起被控制參數(shù)變化的控制量和擾動作用其特性是不同的，因此，用一套PID 參數(shù)去完成這兩種職能并都能達(dá)到最佳是不可能的。一般是通過改

3、變設(shè)定值來整定系統(tǒng)。多數(shù)情況下當(dāng)按設(shè)定值將PID參數(shù)整定的比較理想時，克服擾動的功能就會很差；若按擾動來整定系統(tǒng)時，跟隨設(shè)定值變化時就會出現(xiàn)超調(diào)。 帶濾波器的PID控制器能較好地兼顧這兩種職能，使系統(tǒng)具有很好的控制特性。 其控制原理如下圖所示：2. 用RSLogix 5000 實現(xiàn)超前滯后運(yùn)算超前滯后環(huán)節(jié)是一個拉氏變換式，若將其反變換可得如下微分方程：將其離散化可得：式中：t 為采樣時間，以Ts 表示；y 為兩次采樣輸出變化量，以yn yn-1 表示；x 為兩次采樣輸入變化量，以xn xn-1 表示；于是有：若采樣時間Ts 為0.5 秒，T1 取10秒，T2 取3 秒，則得： yn = 0.9

4、5 yn-1 + 0.3 xn 0.28 xn-1 若用梯形圖表示如下圖所示： 其中：xn 為設(shè)定值。Yn為濾波后的設(shè)定值。 3. 控制對象的模擬 眾所周知，工業(yè)上常?？梢杂靡浑A慣性環(huán)節(jié)加純滯后環(huán)節(jié)來模擬控制對象。其傳遞函數(shù)為 K/（TS+1）。其中一階慣性環(huán)節(jié)通過反拉氏變換可得如下差分方程： 若令T=10 秒，Ts=0.5 秒，K=2，則有： yn = 0.95 yn-1 + 0.1 xn 純滯后環(huán)節(jié)實際上通過設(shè)定一個數(shù)組，將數(shù)據(jù)逐一送入這個數(shù)組，根據(jù)程序執(zhí)行時間和數(shù)組數(shù)目，可以算出最終從數(shù)組中傳遞出數(shù)據(jù)所需要的時間，即為純滯后時間。若程序0.5秒執(zhí)行一次，那么，選擇一個一維數(shù)組E16，可實現(xiàn)純滯后時間為8秒。4. 帶濾波器的PID控制Emulate5000仿真將上述控制思想及控制對象用RSLogix5000梯形圖語言編程，然后用Emulate5000軟件仿真，在RSView32監(jiān)控畫面上觀察趨勢曲線。1） 對同一控制對象，用一般PID控制，當(dāng)KP=1，KI=0.1時，響應(yīng)曲線比較理想。圖3為設(shè)定值作10% 階躍時的輸出響應(yīng)。圖3.一般PID控制仿真趨勢圖2） 當(dāng)采用帶濾波器的PID控制時，KP=1.4，KI=0.15時，取得了很好的控制效果。圖4為設(shè)定值作10% 階躍時的輸出響應(yīng)。圖4.帶濾