第五章 第2节 PID算法及其编程应用ppt课件.pptx

第五章第五章 第第2节节 PID算法及其编程应用算法及其编程应用PLCPLC应用技术应用技术第七章第七章 第五章第五章 水箱温度的水箱温度的PLCPLC控制控制认识模拟量扩展模块认识模拟量扩展模块EM235PID算法及其编程应用算法及其编程应用基于基于PID指令向导的温度控制指令向导的温度控制第七章第七章 5.2.1 PID回路控制指令回路控制指令5.2 PID算法及应用算法及应用 PID回路指令回路指令 (包含比例、积分、微分回路包含比例、积分、微分回路)可以用来进行可以用来进行PID运算。指令格式运算。指令格式如如下下表所示。该指令有两个操作数：作为回路表起始地址的表所示。该指令有两个操作数：作为回路表起始地址的“表表”地址和从地址和从0到到7的的常数的回路编号。常数的回路编号。梯形图LAD语名表功能操作码操作数PIDTBL，LOOP当使能位EN为1时，执行回路LOOP指定回路号的PID运算，PID的参数放在以“TBL”指定的起始地址的80字节存储器中（其中9个参数，用来控制和监视PID运算）。LOOPENOENTBLPID说明：说明：TBL 数据类型数据类型 BYTE，操作数，操作数 VB LOOP数据类型数据类型 BYTE，操作数，操作数 0-7第七章第七章 回路表包含回路表包含9个参数，用来控制和监视个参数，用来控制和监视PID运算。这些参数分运算。这些参数分别是过程变量当前值别是过程变量当前值(PVn)，过程变量前值，过程变量前值(PVn-1)，设定值，设定值(SPn)，输出值输出值(Mn)，增益，增益(Kc)，采样时间，采样时间(Ts)，积分时间，积分时间(TI)，微分时间，微分时间(TD)和积分项前值和积分项前值(MX)。 为了让为了让PID运算以预想的采样频率工作，运算以预想的采样频率工作，PID指令必须用在定指令必须用在定时发生的时发生的中断程序中断程序中，或者用在主程序中被定时器所控制以一定中，或者用在主程序中被定时器所控制以一定频率执行。采样时间必须通过回路表输入到频率执行。采样时间必须通过回路表输入到PID运算中。运算中。 STEP 7-Micro/WIN提供了提供了PID指令向导，指导您定义一指令向导，指导您定义一个闭环控制过程的个闭环控制过程的PID算法。在命令菜单中选择工具算法。在命令菜单中选择工具 指令向指令向导，然后在指令向导窗口中选择导，然后在指令向导窗口中选择PID指令。指令。第七章第七章 偏移量域格式类 型描 述0过程变量(PVn) 实型输入过程变量，必须在0.01.0之间4设定值(SPn) 实型输入包含的设定值必须标定在0.0和1.0之间。8输出(Mn)实型输入/输出输出值，必须在0.01.0之间12增益(KC)实型输入增益是比例常数。可正可负16采样时间(TS)实型输入包含采样时间，单位为秒。必须是正数20积分时间或复位(TI)实型输入包含积分时间或复位，单位为分钟。必须是正数24微分时间或速率(TD)实型输入包含微分时间或速率，单位为分钟。必须是正数28偏差(MX)实型输入/输出积分项前项，必须在0.01.0之间32以前的过程变量(PVn-1)实型输入/输出包含最后一次执行PID指令时所存储的过程变量的值36 - 79保留给自整定变量回路表有回路表有80字节长，它的格式如字节长，它的格式如下下表所示表所示：VB100VB104VB108VB112VB116VB120.VB179第七章第七章 5.2.2 PID算法算法 PID控制器调节输出，保证偏差控制器调节输出，保证偏差(e)为零，使系统达到稳定状态。偏差为零，使系统达到稳定状态。偏差(e)是设定是设定值值(SP)和过程变量和过程变量(PV)的差。的差。PID控制的原理基于下面的算式；输出控制的原理基于下面的算式；输出M(t)是比例项、是比例项、积分项和微分项的函数。积分项和微分项的函数。输出输出= 比例项比例项+ 积分项积分项+ 微分项微分项dtdeKMedtKeKtMCinitialtCC0*)(其中：其中： M(t) 是作为时间函数的是作为时间函数的回路输出回路输出KC 是回路增益是回路增益e 是回路误差是回路误差(设定值和设定值和过程变量过程变量之间的差之间的差)Minitial 是回路输出的初始值是回路输出的初始值 从功能角度讲：比例从功能角度讲：比例P是解决幅值震荡的。是解决幅值震荡的。P值过大会出现输出幅值震荡过大，但是值过大会出现输出幅值震荡过大，但是P值越小，系统达到稳定的时间也就越长；积分值越小，系统达到稳定的时间也就越长；积分I是解决动态响应速度快慢的，是解决动态响应速度快慢的，I越大越大响应速度越慢，反之则越快；响应速度越慢，反之则越快；D是消除静态误差的，一般是消除静态误差的，一般D设置都比较小，而且对系设置都比较小，而且对系统影响比较小。统影响比较小。第七章第七章 比例调节：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节即产生比例调节：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，调节作用用以减少偏差。比例作用大可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 积分调节：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进积分调节：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差值，积分调节停止，输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常行，直至无差值，积分调节停止，输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数数Ti， Ti越小，积分作用就越强，反之越大则积分作用越弱。越小，积分作用就越强，反之越大则积分作用越弱。加入积分调节可使系加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。统稳定性下降，动态响应变慢。 微分调节：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变微分调节：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，可以改善系统的动态性能。在微分时间选化的趋势，因此能产生超前的控制作用，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反映的是变化率，而当输因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反映的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律结合，组成规律结合，组成PD或或PID控制器。控制器。第七章第七章 在许多控制系统中，只需要一种或两种回路控制类型，例如只需要比例回路或者比例积分回路。通过设置常量参数，可以选择需要的回路控制类型。如果不想要积分动作(PID计算中没有“I”)，可以把积分时间(复位)置为无穷大“INF”。即使没有积分作用，积分项还是不为零，因为有初值MX。如果不想要微分回路，可以把微分时间置为零。如果不想要比例回路，但需要积分或积分微分回路，可以把增益设为0.0。系统会在计算积分项和微分项时，把增益当作1.0看待。回路控制类型的选择回路控制类型的选择第七章第七章 在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。对于温度系统：在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。对于温度系统：P P（% %）20-20-6060，I I（分）（分）3-103-10，D D（分）（分）0.530.53。对于流量系统：。对于流量系统：P P（% %）40-10040-100，I I（分）（分）0.110.11。对于压力系统：。对于压力系统：P P（% %）30-7030-70，I I（分）（分）0.430.43。对于液位系统：。对于液位系统：P P（% %）20-8020-80，I I（分）（分）1515。参数整定找最佳，从小。参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加。到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加。曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢动差大来波动慢，微分时间应加长微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低理想曲线两个波，前高后低4比比1一看二调多分析，调节质量不会低一看二调多分析，调节质量不会低P I D P I D 数值的确定数值的确定第七章第七章 5.2.3 PID回路控制温度示例回路控制温度示例 此程序段我们分为三个主程序此程序段我们分为三个主程序、子程序子程序、中断程序。首先主程序进行加热的条中断程序。首先主程序进行加热的条件还有整段程序的启动和停止，子程序我们进行赋值，对件还有整段程序的启动和停止，子程序我们进行赋值，对PID的赋值，且进行中断的赋值，且进行中断程序，定时中断然后进入子程序，子程序里进行数字量的采取和进行整定并且执行程序，定时中断然后进入子程序，子程序里进行数字量的采取和进行整定并且执行PID。 加热的方法通过占空比的方法来进行加热，因为加热棒只能处于加热的方法通过占空比的方法来进行加热，因为加热棒只能处于ON 或者或者OFF所以采用占空比方法即所以采用占空比方法即PWM。 利用利用PLC的的PID指令实现水箱的温度控制（指令实现水箱的温度控制（50）：水箱温度由）：水箱温度由PT100铂电阻铂电阻测温得到，并通过温度变送器转换成测温得到，并通过温度变送器转换成0-10V的电压信号送的电压信号送PLC的模拟量输入口，的模拟量输入口，PLC的的Q0.0口接可控硅开关，开关控制电阻丝通断电对水箱进行加热。口接可控硅开关，开关控制电阻丝通断电对水箱进行加热。第七章第七章 地 址 参 数 数 值I0.0启动按钮/I0.1停止按钮/Q0.0加热/VB100过程变量当前值Pvn0到1VB104设定值0.5即50 度VB108输出值MnPID的回路输出值0到1VB112增益Kc1000.0Vb116采样时间ts s0.2Vb120积分时间Ti min0.2Vb124微分时间 Td min0Vb128上一次的积分值Mx根据pid运算结果更新VB132上一次的过程变量Pvn-1最近一次pid的变量值表5-1 程序参数表第七章第七章 网络1程序的启动，网络2 执行子程序，网络3-6 利用定时器得到的PWM波实现加热；PWM波周期10S，MW0+MW2=100，占空比方法，MW0的数值（取决于PID运算结果）就是加热的时间长（MW0100ms），通过T37来加热。主程序：主程序：第七章第七章 子程序子程序SBR_0：VD104设定值0.5就是50 VD112比例增益Kc=1000 VD116积分时间Ti=0.2分 VD120采样时间Ts=0.2S ATCH定时中断，时间为SMB34 是100MS进行一次中断程序定义定义PID参数和中断参数和中断第七章第七章 中断程序中断程序INT_0：网络网络1网络网络2网络网络3AIW0为传感器给过来的数字量。温度变送器为0到10V即0到32000。 AIW0是字，所以需要转换为实数进行计算，除以32000得到AC0为0到1的值。AC0传给VD100，VD100是PID的首选地址（温度当前值）。执行执行PID指令指令因为脉冲的周期是100 100MS=10S,VD108是PID的计算输出值，为0到1的实数 。乘以100则是脉冲的宽度，也就是加热时间（存入MW0）。