文档介绍：1  引言 A
               
   现今在工业生产过程中常要用闭环控制方法来实现温度、速度、压力、液位等的模拟量控制。而现在估计有90%以上的闭环控制采用pid(proportional-integral-derivative)控制器,因为pid控制不需要被控对象的数学模型。且pid控制结构简单,容易实现,有较强的灵活性和适应性。pid控制中的一个至关重要的问题是控制器的参数整定问题(即比例系数、积分时间、微分时间)的整定。
               
现在已有很多plc厂家提供具有pid控制功能的产品,例如pid闭环控制模块、pid控制指令和pid控制系统功能块等,它们使用简单方便,只需要设置一些参数即可。step7-micro/min的pid指令向导pid指令应用更加的简单方便。本文结合西门子公司的s7-200plc介绍pid参数自整定方法。
            
2  pid参数自整定原理与过程
            
pid控制器的数字化
               
在pid模拟量闭环控制系统中如图1所示,被控量c(t)为压力、温度、速度等连续变化的模拟量,而且大多数执行机构要求plc输出模拟量信号m(t),而plc只能出来数字量。因此c(t)首先被测量元件(传感器)和变送器转换为标准量程的直流电流信号或直流电压信号pv(t),之后plc的模拟量输入模块用a/d转换器将其转换为数字量pv(n)。plc按照一定的采样周期采集反馈量,并进行pid控制的计算,得到数字量m(n),如果执行机构要求模拟量输入,plc的模拟量输出模块用d/a转换器将其转换为模拟量m(t)。
2011-7-5 15:18:08 上传
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                              图1  pid模拟量闭环控制结构图
pid模拟量控制的输入输出关系为:
        
2011-7-5 15:19:32 上传
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           (1)
输出=比例项+积分项+微分项+输出初始值
              
数字化后第n次采样时控制器的输出为:
        
2011-7-5 15:20:28 上传
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                  (2)
在图2中e(n)、pv(n)、sp(n)、m(n)均为第n次采样的数字量,pv(t)、m(t)、c(t)均为模拟量。
2011-7-5 15:20:55 上传
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图2  pid数字量闭环控制结构图
式(2)中en是第n次采样时的误差值,en-1是第n-1次采样时的误差值,kc、ki、kd分别是pid回路的增益、积分项、微分项的系数。对于pid回路的控制,有些控制系统只需要比例、积分、微分中的一种或两种控制类型,如果只需比例和积分,则把微分时间常数置为0。如果只需比例和微分,则把积分时间设为无穷大。一般情况下,比例、