电气自动化技术网

PLC的PID控制方法及功能介绍

时间:2014-07-15 来源:网络转载 编辑:编辑部 点击:次 字体设置:

1. PID控制

    在工业控制中,PID控制(比例-积分-微分控制)得到了广泛的应用,这是因为PID控制具有以下优点:

    1)不需要知道被控对象的数学模型。实际上大多数工业对象准确的数学模型是无法获得的,对于这一类系统,使用PID控制可以得到比较满意的效果。据日本统计,目前PID及变型PID 约占总控制回路数的90%左右。

    2)PID控制器具有典型的结构,程序设计简单,参数调整方便。

    3)有较强的灵活性和适应性,根据被控对象的具体情况,可以采用各种PID控制的变种和改进的控制方式,如 PI、PD、带死区的PID、积分分离式PID、变速积分PID等。随着智能控制技术的发展,PID控制与模糊控制、神经网络控制等现代控制方法相结合,可以实现PID控制器的参数自整定,使PID控制器具有经久不衰的生命力。


2. PLC实现PID控制的方法

如图6-35所示为采用PLC对模拟量实行PID控制的系统结构框图。用PLC对模拟量进行PID控制时,可以采用以下几种方法:

用PLC实现模拟量PID控制的系统结构框图


                                                图6-35  用PLC实现模拟量PID控制的系统结构框图

    1)使用PID过程控制模块。这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的,并存放在模块中,用户在使用时只需要设置一些参数,使用起来非常方便,一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。但是这种模块的价格昂贵,一般在大型控制系统中使用。如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。

    2)使用PID功能指令。现在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令,如FX2N系列PLC的PID指令。它们实际上是用于PID控制的子程序,与A/D、D/A模块一起使用,可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果,价格却便宜得多。

3)使用自编程序实现PID闭环控制。有的PLC没有有PID过程控制模块和 PID控制指令,有时虽然有PID控制指令,但用户希望采用变型PID控制算法。在这些情况下,都需要由用户自己编制PID控制程序。


3. FX2N的PID指令

PID指令的编号为FNC88,如图6-36所示源操作数[S1]、[S2]、[S3]和目标操作数[D]均为数据寄存器D,16位指令,占9个程序步。[S1]和[S2]分别用来存放给定值SV和当前测量到的反馈值PV,[S3]~[S3]+6用来存放控制参数的值,运算结果MV存放在[D]中。源操作数[S3]占用从[S3]开始的25个数据寄存器。
PID指令

                                                图6-36    PID指令

PID指令是用来调用PID运算程序,在PID运算开始之前,应使用MOV指令将参数(见表6-3)设定值预先写入对应的数据寄存器中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器,不需要重复写入。如果目标操作数[D]有断电保持功能,应使用初始化脉冲M8002的常开触点将其复位。

表6-3  PID控制参数及设定


PID控制参数及设定

PID指令可以同时多次使用,但是用于运算的[S3]、[D]的数据寄存器元件号不能重复。

    PID指令可以在定时中断、子程序、步进指令和转移指令内使用,但是应将[S3]+7清零(采用脉冲执行的MOV指令)之后才能使用。

    控制参数的设定和 PID运算中的数据出现错误时,“运算错误”标志M8067为 ON,错误代码存放在D8067中。

    PID指令采用增量式PID算法,控制算法中还综合使用了反馈量一阶惯性数字滤波、不完全微分和反馈量微分等措施,使该指令比普通的PID算法具有更好的控制效果。

    PID控制是根据“动作方向”([S3]+1)的设定内容,进行正作用或反作用的PID运算。PID运算公式如下:




    以上公式中:△MV是本次和上一次采样时PID输出量的差值,MVn是本次的PID输出量;EVn和 EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差,SV为设定值;PVn是本次采样的反馈值,PVnf、PVnf-1和PVnf-2分别是本次、前一次和前两次滤波后的反馈值,L是惯性数字滤波的系数;Dn和Dn-l分别是本次和上一次采样时的微分部分;K p是比例增益,T S是采样周期,T I和T D分别是积分时间和微分时间,αD是不完全微分的滤波时间常数与微分时间TD的比值。

    4.PID参数的整定

    PID控制器有4个主要的参数K p、T I、T D和T S需整定,无论哪一个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定参数时应把握住PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。

    在P(比例)、I(积分)、D(微分)这三种控制作用中,比例部分与误差信号在时间上是一致的,只要误差一出现,比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用,具有调节及时的特点。比例系数K p越大,比例调节作用越强,系统的稳态精度越高;但是对于大多数系统,K p过大会使系统的输出量振荡加剧,稳定性降低。

    积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系,只要误差不为零,控制器的输出就会因积分作用而不断变化,一直要到误差消失,系统处于稳定状态时,积分部分才不再变化。因此,积分部分可以消除稳态误差,提高控制精度,但是积分作用的动作缓慢,可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时间常数T I增大时,积分作用减弱,系统的动态性能(稳定性)可能有所改善,但是消除稳态误差的速度减慢。

    微分部分是根据误差变化的速度,提前给出较大的调节作用。微分部分反映了系统变化的趋势,它较比例调节更为及时,所以微分部分具有超前和预测的特点。微分时间常数T D增大时,超调量减小,动态性能得到改善,但是抑制高频干扰的能力下降。

    选取采样周期T S时,应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化,T S越小越好。但是T S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,所以也不宜将T S取得过小。

顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
打 印】【顶 部】【关 闭】【挑 错
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
表情:
验证码:点击我更换图片
版权与免责声明:
①凡本网注明"来源:电气自动化技术网"的所有作品,版权均属于电气自动化技术网,转载请必须注明出处“电气自动化技术网http://www.dqjsw.com.cn”。违反者本网将追究相关法律责任。
②本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
③如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
栏目导航:互感器 | 智能电网 | 无功补偿 | 电容器 | 变压器 | 电源 | 避雷器 | 电抗器 | opc | 三菱PLC | 西门子PLC | 欧姆龙PLC | PLC视频教程 | 电工基础知识
© www.dqjsw.com.cn 2008-2013 版权所有 ICP网站备案:渝ICP备11003104号