編程基礎必備:PID運算指令說明

PID說明:

當今的閉環自動控制技術都是基於反饋的概念以減少不確定性。反饋理論的要素包括三個部分:測量、比較和執行。測量關鍵的是被控變量的實際值,與期望值相比較,用這個偏差來糾正系統的響應,執行調節控制。在工程實際中,應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調節。

編程基礎必備:PID運算指令說明

注:P表示比例;I表示積分;D表示微分。

PID控制器由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關係為:

u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]式中積分的上下限分別是0和t

因此它的傳遞函數為:G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]

其中kp為比例係數;TI為積分時間常數;TD為微分時間常數。

編程基礎必備:PID運算指令說明

指令解讀說明:

用於進行PID控制的PID運算程序,當驅動條件成立時,每當到達採樣時間的PID指令在其後掃描時進行PID運算。

指令操作數說明:

S1.:PID設定設定值或目標值(SV)。

S2.:PID設定測定值或反饋值(PV)。

S3.:PID設定控制參數首地址,設定PID運算參數連續佔用25個地址。

D. :PID控制輸出值(MV)。

即:當驅動條件成立時,每當到達採樣時間後的掃描週期內把寄存在D0的數據(設定值SV)與寄存在D1的數據(反饋值PV)進行比較,其差值進行PID控制運算,運算出來的結果存放在D50(輸出值MV)中,PID運算控制參數由D100(控制參數設定首地址)為首的連續25個寄存器設定。

PID控制參數(S3.)說明:

編程基礎必備:PID運算指令說明

D102(S3+2):輸入濾波常數(a),設定範圍:0~99%,設定為0時無輸入濾波,一般我們設定為50%即可,即MOV K50 D102。

D103(S3+3):比例增益(P),設定範圍:0~32767%

D104(S3+4):積分時間(I),設定範圍:0~32767(×100ms)設定為0時無積分處理。

D105(S3+5):微分增益(KD),設定範圍:0~100%,設定為0時無微分增益。

D106(S3+6):微分時間(D),設定範圍:0~32767(×100ms)設定為0時無微分處理。

D107(S3+7)~D119(S3+19):PID運算內部處理佔用,無需設定。

D120(S3+20):輸入變化量增加報警設定,設定範圍:0~32767,D101(S3+1)(ACT)的bit1=1時有效。

D121(S3+21):

輸入變化量減少報警設定,設定範圍:0~32767,D101(S3+1)(ACT)的bit1=1時有效。

D122(S3+22):輸出變化量增加報警設定或輸出上限設定,輸出變化量增加報警設定設定範圍:0~32767,D101(S3+1)(ACT)的bit2=1,bit5=0時有效。輸出上限設定設定範圍:-32768~32767,D101(S3+1)(ACT)的bit2=0,bit5=1時有效。

D123(S3+23):輸出變化量減少報警設定或輸出下限設定,輸出變化量減少報警設定設定範圍:0~32767,D101(S3+1)(ACT)的bit2=1,bit5=0時有效。輸出下限設定設定範圍:-32768~32767,D101(S3+1)(ACT)的bit2=0,bit5=1時有效。

D124(S3+24):報警輸出,D101(S3+1)(ACT)的bit1=1或bit2=1時有效。bit0輸入變化量增加溢出;bit1輸入變化量減少溢出;bit2輸出變化量增加溢出;bit3輸出變化量減少溢出

編程基礎必備:PID運算指令說明

採樣時間(Ts)

指的是PID指令相鄰兩次計算的時間間隔,一般情況下不能小於PLC的一個掃描週期,且確定了採樣時間後,實際運算時,仍會存在誤差,最大誤差為-(一個掃描週期+1ms)~+(1個掃描週期)。

動作方向(ACT)

動作方向是指當反饋測定值增加時,輸出值是增大還是減小,當輸出值隨反饋值增加而增加時為正動作,當輸出值隨反饋值的增加而減少時,則為逆動作。

輸入濾波常數(a)

當反饋值輸入到PLC後,先進行數字濾波處理,再進行PID運算,有更好的使測定值變化平滑的控制效果

比例控制(P)

其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關係。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差。

積分控制(I)

在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關係。對一個自動控制系統,如果在進入穩態後存在穩態誤差,則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統。為了消除穩態誤差,在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決於時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小,直到等於零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統在進入穩態後無穩態誤差。

微分控制(D)

在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關係。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振盪甚至失穩。其原因是由於存在有較大慣性組件(環節)或有滯後(delay)組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落後於誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時,抑制誤差的作用就應該是零。這就是說,在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預測誤差變化的趨勢,這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等於零,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯後的被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

輸出限定

當PID控制輸出值超過了設定的輸出上下限值時,則按照設定的輸出上下限值輸出。


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