PID控制的基本原理(PLC實(shí)現(xiàn))

1、關(guān)于PID控制一、 PID控制的結(jié)構(gòu)在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例積分微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近60年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。當(dāng)被控對(duì)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)，控制理論的其它設(shè)計(jì)技術(shù)難以使用，系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)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(duì)象或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)的參數(shù)的時(shí)候，便最適合用PID控制技術(shù)。 PID控制包含比例、積分、微分三部分，實(shí)際中也有PI和P

2、D控制器。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，圖1.1中給出了一個(gè)PID控制的結(jié)構(gòu)圖：圖 1.1     PID控制的結(jié)構(gòu)圖控制器輸出和控制器輸入（誤差）之間的關(guān)系在時(shí)域中可用公式(1.1)表示如下： （1.1）公式中，表示誤差，也是控制器的輸入，是控制器的輸出， 、與分別為比例系數(shù)、 積分時(shí)間常數(shù)及微分時(shí)間常數(shù)。(1.1)式又可表示為：   （1.2）公式中，和分別為和的拉氏變換，、分別為控制器的比例、積分、微分系數(shù)。  1.1 比例（P）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比

3、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（Steady-state error）。 1.2 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。 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(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)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(duì)誤差取關(guān)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)

4、態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 1.3 微分（D）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的組件（環(huán)節(jié)）和（或）有滯后(delay)的組件，使力圖克服誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化要有些“超前”，即在誤差接近零時(shí)，克服誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，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)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使克服誤差的控制作用等于零

5、，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重地沖過(guò)頭。 所以對(duì)有較大慣性和（或）滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)的控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 二、如何實(shí)現(xiàn)PID控制在一些系統(tǒng)中，需要進(jìn)行PID控制，如一些板卡采集系統(tǒng)，甚至在一些DCS和PLC的系統(tǒng)中有時(shí)要擴(kuò)充系統(tǒng)的PID控制回路，而由于系統(tǒng)硬件和回路的限制需要在計(jì)算機(jī)上增加PID控制回路。在e爾系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了PID控制點(diǎn)可以滿(mǎn)足PID控制的需要。進(jìn)入到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)，新建點(diǎn)時(shí)選擇PID控制點(diǎn)。e爾提供的PID控制可以提供理想微分、微分先行、實(shí)際微分等多種控制方式。進(jìn)行PID控制時(shí)，可以把PID的PV連接在實(shí)際的測(cè)量值上，OP

6、連接在PID實(shí)際的輸出值上。這樣，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行時(shí)，就可以自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行PID控制。2.1 PID參數(shù)的調(diào)整在PID參數(shù)進(jìn)行整定時(shí)如果能夠有理論的方法確定PID參數(shù)當(dāng)然是最理想的方法，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，更多的是通過(guò)湊試法來(lái)確定PID的參數(shù)。增大比例系數(shù)P一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有比較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時(shí)間I有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長(zhǎng)。增大微分時(shí)間D有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。在湊試時(shí)，可參考以上參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制過(guò)程

7、的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)調(diào)整實(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。首先整定比例部分。將比例參數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒(méi)有靜差或靜差已經(jīng)小到允許范圍內(nèi)，并且對(duì)響應(yīng)曲線已經(jīng)滿(mǎn)意，則只需要比例調(diào)節(jié)器即可。如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，則必須加入積分環(huán)節(jié)。在整定時(shí)先將積分時(shí)間設(shè)定到一個(gè)比較大的值，然后將已經(jīng)調(diào)節(jié)好的比例系數(shù)略為縮小(一般縮小為原值的0.8)，然后減小積分時(shí)間，使得系統(tǒng)在保持良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過(guò)程中，可根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，以期得到滿(mǎn)意的控制過(guò)程和整定參數(shù)。如果在上述調(diào)整

8、過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程反復(fù)調(diào)整還不能得到滿(mǎn)意的結(jié)果，則可以加入微分環(huán)節(jié)。首先把微分時(shí)間D設(shè)置為0，在上述基礎(chǔ)上逐漸增加微分時(shí)間，同時(shí)相應(yīng)的改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，直至得到滿(mǎn)意的調(diào)節(jié)效果。2.2 PID控制回路的運(yùn)行在PID控制回路投入運(yùn)行時(shí)，首先可以把它設(shè)置在手動(dòng)狀態(tài)下，這時(shí)設(shè)定值會(huì)自動(dòng)跟蹤測(cè)量值，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)后，再把它切換到自動(dòng)狀態(tài)下，這樣可以避免系統(tǒng)頻繁動(dòng)作而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。2.3 復(fù)雜回路的控制2.3.1 前饋控制系統(tǒng)通常的反饋控制系統(tǒng)中，對(duì)干擾造成一定后果，才能反饋過(guò)來(lái)產(chǎn)生抑制干擾的控制作用，因而產(chǎn)生滯后控制的不良后果。為了克服這種滯后的不良控制，用計(jì)算機(jī)接受

9、干擾信號(hào)后，在還沒(méi)有產(chǎn)生后果之前插入一個(gè)前饋控制作用，使其剛好在干擾點(diǎn)上完全抵消干擾對(duì)控制變量的影響,因而又得名為擾動(dòng)補(bǔ)償控制。在e爾的控制系統(tǒng)中，可以把前饋控制計(jì)算的結(jié)果作為PID控制的輸出補(bǔ)償量OCV，并采用加補(bǔ)償，這樣就形成了一個(gè)前饋控制系統(tǒng)了。2.3.2 純延遲補(bǔ)償控制在實(shí)際的控制過(guò)程中，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和測(cè)量裝置的延遲，系統(tǒng)有可能是一個(gè)純滯后過(guò)程，如對(duì)于溫度的控制其延遲時(shí)間可能多達(dá)10多分鐘。這種滯后性質(zhì)常引起被控對(duì)象產(chǎn)生超調(diào)或振蕩，造成系統(tǒng)不容易達(dá)到穩(wěn)定過(guò)程。因此，可以在控制過(guò)程中并聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來(lái)補(bǔ)償被控制對(duì)象中的滯后部分，這樣可以使系統(tǒng)快速達(dá)到穩(wěn)定過(guò)程。純滯后控制系統(tǒng)是把滯后補(bǔ)

10、償?shù)慕Y(jié)果作為PID控制器的輸入補(bǔ)償量ICV，并作為輸入補(bǔ)償?shù)臏p補(bǔ)償。這樣就構(gòu)成了一個(gè)純滯后的SMITH預(yù)測(cè)控制回路。三、PID 指令 在運(yùn)用PLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行PID控制時(shí)，需要運(yùn)用PID指令完成PID控制功能。下面的內(nèi)容介紹了S7200系列PLC的指令系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)控制算法的實(shí)例。3.1 PID 回路指令PID 回路指令運(yùn)用以回路表中的輸入和組態(tài)信息進(jìn)行 PID 運(yùn)算。使 ENO = 0 的錯(cuò)誤條件是：SM1.1 (溢出)，SM4.3 (運(yùn)行時(shí)間) ，0006 (間接尋址)。該指令影響下列特殊存儲(chǔ)器標(biāo)志位：SM1.1 (溢出)輸入輸出操 作 數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型TBLVBBYTELOOP常數(shù) (0 到 7)

11、BYTEPID 回路指令 (包含比例積分微分回路) 是用來(lái)進(jìn)行 PID 運(yùn)算。但是，可以進(jìn)行這種 PID 運(yùn)算的前提條件是邏輯堆棧棧頂 (TOS) 值必須為1。該指令有兩個(gè)操作數(shù)：TABLE 和 LOOP。 其中，TABLE 是回路表的起始地址；LOOP 是回路號(hào)可以是 0 到 7 的整數(shù)。在程序中最多可以用8條PID指令。如果兩個(gè)或兩個(gè)以上的 PID 指令用了同一個(gè)回路號(hào)，那么即使這些指令的回路表不同，這些 PID 運(yùn)算之間也會(huì)相互干涉，產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果?；芈繁戆?9 個(gè)參數(shù)，用來(lái)控制和監(jiān)視 PID 運(yùn)算。這些參數(shù)分別是過(guò)程變量當(dāng)前值 (PVn) ，過(guò)程變量前值 (PVn-1)， 給定值

12、 (SPn)， 輸出值 (Mn)， 增益 (Kc)， 采樣時(shí)間 (Ts)， 積分時(shí)間 (TI)， 微分時(shí)間 (TD) 和積分項(xiàng)前值 (MX)。為了讓 PID 運(yùn)算以預(yù)想的采樣頻率工作，PID 指令必須用在定時(shí)發(fā)生的中斷程序中，或者用在主程序中被定時(shí)器所控制以一定頻率執(zhí)行。采樣時(shí)間必須通過(guò)回路表輸入到 PID 運(yùn)算中。3.2 使用 STEP 7-Micro/WIN 32 中的 PID 向?qū)TEP 7Micro/WIN 32 提供了 PID 向?qū)е笇?dǎo)你定義一個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程的 PID 算法。選擇菜單命令Tools>Instruction Wizard ，然后從指令向?qū)Т翱谥羞x擇 PID 指令

13、。3.3 PID 算法PID 控制器調(diào)節(jié)輸出，保證偏差 (e) 為零，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，偏差 (e) 是給定值 (SP) 和過(guò)程變量 (PV) 的差。PID 控制的原理基于下面的算式：輸出 M (t) 是比例項(xiàng)積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的函數(shù)。其中M(t) PID 回路的輸出是時(shí)間的函數(shù)Kc PID 回路的增益e PID 回路的偏差 (給定值與過(guò)程變量之差)Minitial PID 回路輸出的初始值為了能讓數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)控制算式，連續(xù)算式必須離散化為周期采樣偏差算式，才能用來(lái)計(jì)算輸出值數(shù)字。計(jì)算機(jī)處理的算式如下：其中Mn 在第 n 采樣時(shí)刻PID 回路輸出的計(jì)算值Kc PID 回路增益en 在第 n

14、 采樣時(shí)刻的偏差值en 1 在第 n-1 采樣時(shí)刻的偏差值 (偏差前項(xiàng))KI 積分項(xiàng)的比例常數(shù)Minitial PID 回路輸出的初值KD 微分項(xiàng)的比例常數(shù)從這個(gè)公式可以看出，積分項(xiàng)是從第 1 個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期所有誤差項(xiàng)的函數(shù)，微分項(xiàng)是當(dāng)前采樣和前一次采樣的函數(shù)，比例項(xiàng)僅是當(dāng)前采樣的函數(shù)。在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，不保存所有的誤差項(xiàng)，其實(shí)也不必要。由于計(jì)算機(jī)從第一次采樣開(kāi)始，每有一個(gè)偏差采樣值必須計(jì)算一次輸出值，只需要保存偏差前值和積分項(xiàng)前值。利用計(jì)算機(jī)處理的重復(fù)性，可以化簡(jiǎn)以上算式為：其中Mn 在第 n 采樣時(shí)刻PID 回路輸出的計(jì)算值Kc PID 回_路增益en 在第 n 采樣時(shí)刻的偏差值e

15、n 1 在第 n-1 采樣時(shí)刻的偏差值 (偏差前項(xiàng))KI 積分項(xiàng)的比例常數(shù)MX 積分項(xiàng)前值KD 微分項(xiàng)的比例常數(shù)CPU實(shí)際使用以上簡(jiǎn)化算式的改進(jìn)形式計(jì)算 PID 輸出。這個(gè)改進(jìn)型算式是：其中Mn 第 n 采樣時(shí)刻的計(jì)算值MPn 第 n 采樣時(shí)刻的比例項(xiàng)值Min 第 n 采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)值MDn 第 n 采樣時(shí)刻的微分項(xiàng)值3.4 比例項(xiàng)比例項(xiàng) MP 是增益 (Kc) 和偏差 (e) 的乘積。其中 Kc 決定輸出對(duì)偏差的靈敏度，偏差 (e) 是給定值(SP) 與過(guò)程變量值 (PV) 之差。CPU 執(zhí)行的求比例項(xiàng)算式是：MPn = Kc * (SPn - PVn)其中MPn 第 n 采樣時(shí)刻比例項(xiàng)的

16、值Kc 增益SPn 第 n 采樣時(shí)刻的給定值PVn 第 n 采樣時(shí)刻的過(guò)程變量值積分項(xiàng)積分項(xiàng)值 MI 與偏差和成正比CPU 執(zhí)行的求積分項(xiàng)算式是MIn =Kc * TS / TI * (SPn - PVn) + MX其中：Min 第 n 采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)值Kc 增益TS 采樣時(shí)間間隔TI 積分時(shí)間SPn 第 n 采樣時(shí)刻的給定值PVn 第 n 采樣時(shí)刻的過(guò)程變量值MX 第 n-1 采樣時(shí)刻的積分項(xiàng) (積分項(xiàng)前值) (也稱(chēng)積分和或偏置)積分和 (MX) 是所有積分項(xiàng)前值之和。在每次計(jì)算出 MIn 之后，都要用 MIn 去更新 mx 。其中 MIn可以被調(diào)整或限定。 MX 的初值通常在第一次計(jì)算輸

17、出以前被設(shè)置為Minitial (初值)。 積分項(xiàng)還包括其他幾個(gè)常數(shù)：增益 (Kc)， 采樣時(shí)間間隔 (TS) 和積分時(shí)間 (TI)。 其中采樣時(shí)間是重新計(jì)算輸出的時(shí)間間隔，而積分時(shí)間控制積分項(xiàng)在整個(gè)輸出結(jié)果中影響的大小。3.5 微分項(xiàng)微分項(xiàng)值 MD 與偏差的變化成正比。其計(jì)算等式為：MDn = KC * TD / TS * (SPn - PVn) - (SPn - 1 - PVn - 1)為了避免給定值變化的微分作用而引起的跳變， 假定給定值不變(SPn=SPn-1)。 這樣，可以用過(guò)程變量的變化替代偏差的變化，計(jì)算算式可改進(jìn)為：MDn = KC * TD / TS * (SPn - PVn

18、 - SPn + PVn - 1)或MDn = KC * TD / TS * (PVn - 1 - PVn)其中：MDn 第 n 采樣時(shí)刻的微分項(xiàng)值Kc 回路增益Ts 回路采樣時(shí)間TD 微分時(shí)間SPn 第 n 采樣時(shí)刻的給定值SPn 1 第 n-1 采樣時(shí)刻的給定值PVn 第 n 采樣時(shí)刻的過(guò)程變量值PVn 1 第 n-1 采樣時(shí)刻的過(guò)程變量值為了下一次計(jì)算微分項(xiàng)值， 必須保存過(guò)程變量，而不是偏差在第一采樣時(shí)刻，初始化為 PVn -1=PVn3.6 回路控制類(lèi)型的選擇在許多控制系統(tǒng)中， 只需要一種或二種回路控制類(lèi)型。例如只需要比例回路或者比例積分回路。通過(guò)設(shè)置常量參數(shù)，可先選中想要的回路控制類(lèi)

19、型。如果不想要積分回路，可以把積分時(shí)間設(shè)為無(wú)窮大。即使沒(méi)有積分作用，積分項(xiàng)還是不為零，因?yàn)橛谐踔礛X。如果不想要微分回路， 可以把微分時(shí)間置為零。如果不想要比例回路， 但需要積分或積分微分回路，可以把增益設(shè)為 0.0， 系統(tǒng)會(huì)在計(jì)算積分項(xiàng)和微分項(xiàng)時(shí)，把增益當(dāng)作 1.0 看待。3.7 回路輸入的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化每個(gè) PID 回路有兩個(gè)輸入量，給定值 (SP) 和過(guò)程變量 (PV)。給定值通常是一個(gè)固定的值，比如是設(shè)定的汽車(chē)速度。過(guò)程變量是與 PID 回路輸出有關(guān)，可以衡量輸出對(duì)控制系統(tǒng)作用的大小。在汽車(chē)速度控制系統(tǒng)中，過(guò)程變量可以是測(cè)速儀的輸入 (衡量車(chē)輪轉(zhuǎn)速高低)。給定值和過(guò)程變量都可能是現(xiàn)實(shí)世界

20、的值， 它們的大小、范圍和工程單位都可能不一樣。PID 指令在對(duì)這些量進(jìn)行運(yùn)算以前，必須把他們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)。轉(zhuǎn)換的第一步是把 16 位整數(shù)值轉(zhuǎn)成浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)值。下面的指令序列提供了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法：XORD AC0， AC0 /清空累加器MOVW AIW0， AC0 /把待變換的模擬量存入累加器LDW>= AC0， 0 /如果模擬量為正JMP 0 /則直接轉(zhuǎn)成實(shí)數(shù)NOT /否則ORD 16#FFFF0000， AC0 /先對(duì) AC0 中值進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展LBL 0DTR AC0， AC0 /把 32 位整數(shù)轉(zhuǎn)成實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換的下一步是把實(shí)數(shù)值進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化為 0.01.0 之間的實(shí)數(shù)。下面

21、的算式可以用來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化給定值或過(guò)程變量：RNorm = (RRaw / Span) + Offset)其中：RNorm 標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值Rraw 沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值或原值Offset 單極性為 0.0 雙極性為 0.5Span 值域大小， 可能最大值減去可能最小值單極性為 32,000 (典型值)雙極性為 64,000 (典型值)下面的指令把雙極性實(shí)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化為 0.01.0 之間的實(shí)數(shù)。通常用在第一步轉(zhuǎn)換之后：/R 64000.0， AC0 /累加器中的標(biāo)準(zhǔn)化值+R 0.5， AC0 /加上偏置使其落在 0.0 1.0 之間MOVR AC0， VD100 /標(biāo)準(zhǔn)化的值存入回路表3.8 回路輸出值轉(zhuǎn)

22、換成刻度整數(shù)值回路輸出值一般是控制變量， 比如， 在汽車(chē)速度控制中，可以是油閥開(kāi)度的設(shè)置。同時(shí)，輸出是0.01.0 之間的標(biāo)準(zhǔn)化了的實(shí)數(shù)值，在回路輸出驅(qū)動(dòng)模擬輸出之前，必須把回路輸出轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的16 位整數(shù)。這一過(guò)程，是給定值或過(guò)程變量的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換的反過(guò)程。該過(guò)程的第一步把回路輸出轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的實(shí)數(shù)值，公式如下：RScal = (M n - Offset) * Span其中：Rscal 回路輸出的刻度實(shí)數(shù)值Mn 回路輸出的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值Offset 單極性為 0.0 雙極性為 0.5Span 值域大小可能最大值減去可能最小值單極性為 32,000 (典型值)雙極性為 64,000 (典型值)這一過(guò)

23、程可以用下面的指令序列完成：MOVR VD108，AC0 /把回路輸出值移入累加器R 0.5，AC0 /僅雙極性有此句*R 64000.0,AC0 /在累加器中得到刻度值下一步是把回路輸出的刻度轉(zhuǎn)換成 16 位整數(shù)，可通過(guò)下面的指令序列來(lái)完成：ROUND AC0 AC0 /把實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換為 32 位整數(shù)MOVW AC0, AQW0 /把16 位整數(shù)寫(xiě)入模擬輸出寄存器3.9 正作用或反作用回路如果增益為正， 那么該回路為正作用回路。如果增益為負(fù)，那么是反作用回路。對(duì)于增益為零的積分或微分控制來(lái)說(shuō)，如果指定積分時(shí)間、微分時(shí)間為正，就是正作用回路；指定為負(fù)值，則是反作用回路。3.10 變量和范圍過(guò)程變量

24、和給定值是 PID 運(yùn)算的輸入值，因此在回路表中，這些值只能被回路指令讀而不能改寫(xiě)。輸出變量是由 PID 運(yùn)算產(chǎn)生的，所以在每一次 PID 運(yùn)算完成之后，需更新回路表中的輸出值，輸出值被限定在 0.01.0 之間。當(dāng) PID 指令從手動(dòng)方式轉(zhuǎn)變到自動(dòng)方式時(shí)，回路表中的輸出值可以用來(lái)初始化輸出值。如果使用積分控制， 積分項(xiàng)前值要根據(jù) PID 運(yùn)算結(jié)果更新。這個(gè)更新了的值用作下一次 PID 運(yùn)算的輸入，當(dāng)輸出值超過(guò)范圍 (大于 1.0 或小于 0.0)， 那么積分項(xiàng)前值必須根據(jù)下列公式進(jìn)行調(diào)整：MX = 1.0 - (MPn + MDn) 當(dāng)計(jì)算輸出 Mn > 1.0或MX = - (MPn

25、 + MDn) 當(dāng)計(jì)算輸出 Mn < 0.0其中MX 經(jīng)過(guò)調(diào)整了的積分和 (積分項(xiàng)前值)MPn 第 n 采樣時(shí)刻的比例項(xiàng)值MDn 第n 采樣時(shí)刻的微分項(xiàng)值Mn 第 n 采樣時(shí)刻的輸出值這樣調(diào)整積分前值， 一旦輸出回到范圍后，可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)性能。而且積分項(xiàng)前值也要限制在0.01.0 之間，然后在每次 PID 運(yùn)算結(jié)束之后，把積分項(xiàng)前值寫(xiě)入回路表，以備在下次 PID 運(yùn)算中使用。用戶(hù)可以在執(zhí)行 PID 指令以前修改回路表中積分項(xiàng)前值。在實(shí)際運(yùn)用中，這樣做的目的是找到由于積分項(xiàng)前值引起的問(wèn)題。手工調(diào)整積分項(xiàng)前值時(shí)，必須小心謹(jǐn)慎，還應(yīng)保證寫(xiě)入的值在 0.01.0 之間。回路表中的給定值與過(guò)程

26、變量的差值 ( ) 是用于 PID 運(yùn)算中的差分運(yùn)算，用戶(hù)最好不要去修改此值。3.11 控制方式S7200 的 PID 回路沒(méi)有設(shè)置控制方式，只要 PID 塊有效，就可以執(zhí)行 PID 運(yùn)算。在這種意義上說(shuō)，PID 運(yùn)算存在一種“自動(dòng)”運(yùn)行方式。當(dāng) PID 運(yùn)算不被執(zhí)行時(shí)，我們稱(chēng)之為“手動(dòng)”方式。同計(jì)數(shù)器指令相似， PID 指令有一個(gè)使能位。當(dāng)該使能位檢測(cè)到一個(gè)信號(hào)的正跳變 (從0到 1)， PID指令執(zhí)行一系列的動(dòng)作，使 PID 指令從手動(dòng)方式無(wú)擾動(dòng)地切換到自動(dòng)方式。為了達(dá)到無(wú)擾動(dòng)切換，在轉(zhuǎn)變到自動(dòng)控制前，必須用手動(dòng)方式把當(dāng)前輸出值填入回路表中的 Mn 欄。PID 指令對(duì)回路表中的值進(jìn)行下列動(dòng)

27、作，以保證當(dāng)使能位正跳變出現(xiàn)時(shí)，從手動(dòng)方式無(wú)擾動(dòng)切換到自動(dòng)方式：l 置給定值 (SPn) 過(guò)程變量 (PVn)l 置過(guò)量變量前值 (PVn-1) 過(guò)程變量現(xiàn)值 (PVn)l 置積分項(xiàng)前值 (MX) 輸出值 (Mn)PID 使能位的默認(rèn)值是1， 在 CPU 啟動(dòng)或從 STOP 方式轉(zhuǎn)到 RUN 方式時(shí)建立。CPU 進(jìn)入 RUN 方式后首次使 PID 塊有效，沒(méi)有檢測(cè)到使能位的正跳變，那么就沒(méi)有無(wú)擾動(dòng)切換的動(dòng)作。3.12 報(bào)警與特殊操作PID 指令是執(zhí)行 PID 運(yùn)算的簡(jiǎn)單而功能強(qiáng)大的指令。如果其他過(guò)程需要對(duì)回路變量進(jìn)行報(bào)警等特殊操作，那么可以用 CPU 支持的基本指令實(shí)現(xiàn)這些特殊操作功能。3.13 出錯(cuò)條件如果指令指定的回路表起始地址以及回路號(hào)操作數(shù)超出范圍， 那么在編譯期間，CPU 令產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤 (范圍錯(cuò)誤)， 從而編譯失敗。PID 指令不檢查回路表中的值是