PID控制最通俗的解释与PID参数的整定方法及S7200PID应用.doc

PID控制最通俗的解释与PID参数的整定方法及S7200PID应用
PID控制最通俗的解释与PID参数的整定方法  
[ 2010/6/18 15:15:45 | Author: 廖老师 ]
    PID是比例、积分、微分的制作用。
   闭环控制系统的振荡甚至不稳定的根本原因在于有较大的滞后因素。因为微分项能预测误差变化的趋势，这种“超前”的作用可以抵消滞后因素的影响。适当的微分控制作用可以使超调量减小，增加系统的稳定性。
   对于有较大的滞后特性的被控对象，如果PI控制的效果不理想，可以考虑增加微分控制，以改善系统在调节过程中的动态特性。如果将微分时间设置为0，微分部分将不起作用。
   微分时间与微分作用的强弱成正比，微分时间越大，微分作用越强。如果微分时间太大，在误差快速变化时，响应曲线上可能会出现“毛刺”。
   微分控制的缺点是对干扰噪声敏感，使系统抑制干扰的能力降低。为此可在微分部分增加惯性滤波环节。
   5．采样周期
   PID控制程序是周期性执行的，执行的周期称为采样周期。采样周期越小，采样值越能反映模拟量的变化情况。但是太小会增加CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，将使PID控制器输出的微分部分接近为零，所以也不宜将采样周期取得过小。
   应保证在被控量迅速变化时（例如启动过程中的上升阶段），能有足够多的采样点数，不致因为采样点数过少而丢失被采集的模拟量中的重要信息。
   6．PID参数的调整方法
   在整定PID控制器参数时，可以根据控制器的参数与系统动态性能和稳态性能之间的定性关系，用实验的方法来调节控制器的参数。有经验的调试人员一般可以较快地得到较为满意的调试结果。在调试中最重要的问题是在系统性能不能令人满意时，知道应该调节哪一个参数，该参数应该增大还是减小。
   为了减少需要整定的参数，首先可以采用PI控制器。为了保证系统的安全，在调试开始时应设置比较保守的参数，例如比例系数不要太大，积分时间不要太小，以避免出现系统不稳定或超调量过大的异常情况。给出一个阶跃给定信号，根据被控量的输出波形可以获得系统性能的信息，例如超调量和调节时间。应根据PID参数与系统性能的关系，反复调节PID的参数。
   如果阶跃响应的超调量太大，经过多次振荡才能稳定或者根本不稳定，应减小比例系数、增大积分时间。如果阶跃响应没有超调量，但是被控量上升过于缓慢，过渡过程时间太长，应按相反的方向调整参数。
   如果消除误差的速度较慢，可以适当减小积分时间，增强积分作用。
   反复调节比例系数和积分时间，如果超调量仍然较大，可以加入微分控制，微分时间从0逐渐增大，反复调节控制器的比例、积分和微分部分的参数。
   总之，PID参数的调试是一个综合的、各参数互相影响的过程，实际调试过程中的多次尝试是非常重要的，也是必须的。
   7．实验验证
   实验使用S7-300 PLC的PID控制功能块FB 41，被控对象由两个串联的惯性环节组成，其时间常数分别为2s和5s，。用人机界面的趋势图显示给定曲线和闭环输出量的响应曲线。
   本日志的内容摘自作者在《自动化应用》杂志2010年第5期发表的《PID参数的意义与整定方法》（见附件），该论文给出的实验结果验证了本文提出的PID控制器参数的整定方法。
     作者将在适当的时候发布用纯软件仿真学习PID参数整定方法的STEP 7项目。
如何使用S7-200CPU 的PID 控制
如何使用S7-200CPU 的PID 控制
第一部分、PID 控制
S7-200 能够进行PID 控制。S7-200 CPU 最多可以支持8 个PID 控制回路（8 个PID 指
令功能块）。
PID 是闭环控制系统的比例－积分－微分控制算法。
PID 控制器根据设定值（给定）与被控对象的实际值（反馈）的差值，按照PID 算法
计算出控制器的输出量，控制执行机构去影响被控对象的变化。
PID 控制是负反馈闭环控制，能够抑制系统闭环内的各种因素所引起的扰动，使反馈
跟随给定变化。
根据具体项目的控制要求，在实际应用中有可能用到其中的一部分，比如常用的是PI
（比例－积分）控制，这时没有微分控制部分。
PID 算法在S7-200 中的实现
PID 控制最初在模拟量控制系统中实现，随着离散控制理论的发展，PID 也在计算机化
控制系统中实现。
为便于实现，S7-200 中的PID 控制采用了迭代算法。详细的计算方法请参考《S7-200
系统手册》中PID 指令部分的相关内容。
计算机化的PID 控制算法有几个关键的参数Kc（G