西門子PID調(diào)節(jié)應(yīng)用及技巧探討

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯西門子PID調(diào)節(jié)應(yīng)用及技巧探討 要用好PID調(diào)整，搞清晰PID的計(jì)算公式和PID參數(shù)的意義是很有必要的。下面是PID的公式：式中誤差信號e(t)=SP(t)PV(t)，M(t)是PID掌握器的輸出值，Kc是掌握器的增益（比例系數(shù)），Ti和Td分別是積分時間和微分時間，Minitial是M(t)的初始值，實(shí)際上是積分的初始值。PID公式的前3項(xiàng)分別與誤差、誤差的積分和誤差的導(dǎo)數(shù)成正比。微分、積分是高等數(shù)學(xué)的概念，建議沒有學(xué)過高等數(shù)學(xué)的網(wǎng)友至少要搞清晰微分和積分的幾何意義，這對深化理解PID參數(shù)的意義有很大的關(guān)心。積分對應(yīng)于下圖中誤差曲線e(t)與坐標(biāo)軸包圍的面

2、積（圖中的灰色部分）。PID程序是周期性執(zhí)行的，執(zhí)行PID程序的時間間隔為Ts（即PID掌握的采樣周期）。我們只能使用連續(xù)的誤差曲線上間隔時間為Ts的一些離散的點(diǎn)的值來計(jì)算積分，因此不行能計(jì)算出精確的積分值，只能對積分作近似計(jì)算。一般用下圖中的矩形面積之和來近似精確積分。當(dāng)Ts較小時，積分的誤差不大。在誤差曲線e(t)上作一條切線（見下圖），該切線與x軸正方向的夾角的正切值tg即為該點(diǎn)處誤差的一階導(dǎo)數(shù)de(t)/dt。PID掌握器輸出表達(dá)式中的導(dǎo)數(shù)用下式來近似：de(t)/dte(t)/t=e(n)-e(n-1)/Ts，式中e(n)是第n次采樣時的誤差值，e(n-1)是第n-1次采樣時的誤差值

3、。PID調(diào)整是目前應(yīng)用最廣泛調(diào)整掌握規(guī)律，P比例、I積分、D微分掌握，簡稱PID掌握。比例掌握是一種最簡潔的掌握方式。比例作用大，可以加快調(diào)整，削減誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)整可以使系統(tǒng)消退穩(wěn)態(tài)誤差。系統(tǒng)假如在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，就必需引入“積分項(xiàng)”。比例+積分(PI)掌握可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分作用能產(chǎn)生超前的掌握作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)整作用消退。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）掌握能改善系統(tǒng)在調(diào)整過程中的動態(tài)特性。這是摘錄的一個PID參數(shù)調(diào)整的口訣，以供大家學(xué)習(xí)參考：

4、參數(shù)整定找最佳，從小到大挨次查先是比例后積分，最終再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線漂移繞大灣，比例度盤往小扳曲線偏離回復(fù)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(yīng)加長抱負(fù)曲線兩個波，前高后低4比1一看二調(diào)多分析，調(diào)整質(zhì)量不會低。這個順口溜流傳甚廣，我覺得可操作性很低（也可能是我的悟性不夠），我有許多疑問：“從小到大挨次查“，查什么？肯定要”先是比例后積分“嗎？直接用PI不好嗎？“曲線振蕩很頻繁”，是指振蕩頻率高還是振蕩次數(shù)多？什么是”比例度盤“？”曲線漂移繞大灣“什么意思？是指超調(diào)量大嗎？還是上升緩慢？”曲線波動周期長“

5、的周期是震蕩周期嗎？還是過度過程時間長？振蕩頻率和微分關(guān)系大嗎？微分的主要作用是什么？“抱負(fù)曲線兩個波”，一個波是180度還是360度？兩個波是抱負(fù)曲線，下圖的PV曲線理不抱負(fù)？我用過S7-200和S7-200SMART的PID調(diào)整掌握面板和PID參數(shù)自整定功能，被掌握對象采納我編寫的子程序來模擬。被控對象的參數(shù)如下：增益為3.0，兩個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)為5s和2s。下面是自整定之前的曲線，超調(diào)量太大：下面是整定過程的曲線：下面是整定得到的參數(shù)的曲線：下面是另一組整定前的參數(shù)的曲線，過程變量PV曲線上升太慢：雖然整定前兩組PID參數(shù)相差很遠(yuǎn)，兩次整定后得到PID參數(shù)差不多，使用整定得到的PID

6、參數(shù)的曲線外形也差不多。我覺得西門子的PID參數(shù)自整定是很好用的。要用好PID調(diào)整，搞清晰PID的計(jì)算公式和PID參數(shù)的意義是很有必要的。下面是PID的公式：式中誤差信號e(t)=SP(t)PV(t)，M(t)是PID掌握器的輸出值，Kc是掌握器的增益（比例系數(shù)），Ti和Td分別是積分時間和微分時間，Minitial是M(t)的初始值，實(shí)際上是積分的初始值。PID公式的前3項(xiàng)分別與誤差、誤差的積分和誤差的導(dǎo)數(shù)成正比。微分、積分是高等數(shù)學(xué)的概念，建議沒有學(xué)過高等數(shù)學(xué)的網(wǎng)友至少要搞清晰微分和積分的幾何意義，這對深化理解PID參數(shù)的意義有很大的關(guān)心。積分對應(yīng)于下圖中誤差曲線e(t)與坐標(biāo)軸包圍的面積

7、（圖中的灰色部分）。PID程序是周期性執(zhí)行的，執(zhí)行PID程序的時間間隔為Ts（即PID掌握的采樣周期）。我們只能使用連續(xù)的誤差曲線上間隔時間為Ts的一些離散的點(diǎn)的值來計(jì)算積分，因此不行能計(jì)算出精確的積分值，只能對積分作近似計(jì)算。一般用下圖中的矩形面積之和來近似精確積分。當(dāng)Ts較小時，積分的誤差不大。在誤差曲線e(t)上作一條切線（見下圖），該切線與x軸正方向的夾角的正切值tg即為該點(diǎn)處誤差的一階導(dǎo)數(shù)de(t)/dt。PID掌握器輸出表達(dá)式中的導(dǎo)數(shù)用下式來近似：de(t)/dte(t)/t=e(n)-e(n-1)/Ts，式中e(n)是第n次采樣時的誤差值，e(n-1)是第n-1次采樣時的誤差值。

8、1.模糊掌握的關(guān)鍵點(diǎn)在于總結(jié)大量的實(shí)踐數(shù)據(jù)，然后做成黑匣子，看似神奇，實(shí)際都是閱歷參數(shù)！2.模糊掌握得到的數(shù)據(jù)是基于掌握設(shè)備性能不變的狀況下，是較為精確的。一旦使用時間長了，性能有所下降，這些閱歷參數(shù)往往就會有很大的偏頗了。3.即使是同樣型號的不同設(shè)備，其所處于的工藝環(huán)境，工藝流程，工藝特性的不同，其性能也會有差別，因此不能做到模糊掌握中同一數(shù)據(jù)的重復(fù)性使用。4.模糊掌握的理念是很好的，最起碼是超前掌握，但就目前而言，其有用性，動態(tài)性還是不如傳統(tǒng)的PID。5.傳統(tǒng)PID是滯后掌握，在目前的大多數(shù)工藝環(huán)境下，還是可以滿意掌握的需求的。6.基于傳統(tǒng)PID的特點(diǎn)，也延展了不同的掌握方式，如串級調(diào)整，

9、三沖量調(diào)整，分程調(diào)整，步進(jìn)式等等。#p#分頁標(biāo)題#e#7.個人覺得：隨著電子，網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)的飛速進(jìn)展，傳統(tǒng)PID的滯后也會改善的更好，其動態(tài)調(diào)整特性是模糊掌握所不能比擬的。搞清晰PID參數(shù)的物理意義，和PID參數(shù)與閉環(huán)系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系，對于指導(dǎo)我們調(diào)整PID至關(guān)重要。PID的掌握原理可以用人對爐溫的手動掌握來理解。首先看看比例部分的作用。搞清晰PID參數(shù)的物理意義，和PID參數(shù)與閉環(huán)系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系，對于指導(dǎo)我們調(diào)整PID至關(guān)重要。首先看看比例部分的作用。PID的掌握原理可以用人對爐溫的手動掌握來理解。操作人員用眼睛讀取數(shù)字儀表檢測到的爐溫的測量值，并與爐溫的設(shè)定值比較，得到溫度的誤差值。

10、用手操作電位器，調(diào)整加熱的電流，使?fàn)t溫保持在設(shè)定值四周。操作人員知道使?fàn)t溫穩(wěn)定在設(shè)定值時電位器的位置（我們將它稱為位置L），并依據(jù)當(dāng)時的溫度誤差值調(diào)整電位器的轉(zhuǎn)角。爐溫小于設(shè)定值時，在位置L的基礎(chǔ)上順時針增大電位器的轉(zhuǎn)角，以增大加熱的電流；爐溫大于設(shè)定值時，在位置L的基礎(chǔ)上反時針減小電位器的轉(zhuǎn)角，以減小加熱的電流。令調(diào)整后的電位器轉(zhuǎn)角與位置L的差值與誤差成正比，誤差肯定值越大，調(diào)整的角度越大。上述掌握策略就是比例掌握。閉環(huán)中存在著各種各樣的延遲作用。調(diào)整電位器轉(zhuǎn)角后，到溫度上升到新的轉(zhuǎn)角對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值時有較大的延遲。由于延遲因素的存在，調(diào)整電位器轉(zhuǎn)角后不能立刻看到調(diào)整的效果，因此閉環(huán)掌握系統(tǒng)調(diào)整困難的主要緣由是系統(tǒng)中的延遲作用。假如增益太小，調(diào)整的力度不夠，使溫度的變