PID控制功能仅适用于标准型Word文档格式.docx

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1P运行是得到一个和偏差成比例的输出值来控制动作（E：

SV和PV之间的偏差）

2偏差（E）的存在是因为SV和PV之间的不同，偏差公式如下：

，Kp：

比例常数（gain）。

SV：

设定值，PV：

当前值

3当偏差E发生时，P控制的MV如图：

图7.1

:

偏差

输出值

输出值（MV）

偏差（E）

时间

图7.1MVP运行时MV

④如果Kp太大，PV很快达到SV,但这样可能导致系统的连续振荡的结果。

⑤如果Kp太小，振荡不会出现。

然而，PV达到SV值很慢，PV和SV之间可能出现偏差，

如图：

图7.2.

⑥输出值（MV）能在0~4,000范围内改变。

用户能在0~4,000内定义MV的最大值和最小值。

⑦系统稳定后，有偏差存在，PV可通过增加一个特定值达到SV。

这个值叫做偏差值，用户根据实际情况来改定偏差值。

Kp比较小

Fig.7.2比例常数（Kp）和当前值（PV）的联系

图7.2.

（b）积分运行（I运行）

1积分运行是SV和PV之间的偏差是以一定的时间逐渐的消除偏差，当偏差很小时，比例运行不能产生一个合适的操作值，来抵消PV和SV之间的差值，积分运行能消除这个差值，即使偏差很小也能抵消。

从在I运行中偏差出现到当I运行的MV值成为P运行的MV值，这个时间周期叫做积分时间，表示为Ti.

②当一个偏差出现时，积分操作如图：

图7.3.

Fig.7.3带恒定偏差的I运行

③I运行的表达如下：

如表达式中表现的，通过调整I运行中的积分时间，积分运行变快或慢。

那就是说，积分时间越长，MV的量增加或减少的越少，从PV到SV需要的时间越长。

如图7.5中表现的，当给定的积分时间短时，由于量的增加或减少快了，PV会在短时间接近SV。

但是，如果积分时间太短，会发生振荡，因此，合适的P和I是需要调整的。

4积分运行是：

如在在PI运行时，，P运行和I运行结合使用，如在PID运行中，P，D运行和I运行结合使用。

图7.4当给定的积分时间长时的系统响应

Fig.2.6这个systemresponse当ashortintegration时间given

图7.5当给定的积分时间短时的系统响应

（c）微分运行（Daction）

①由于SV的改变或外部干扰，偏差出现。

为消除偏差，D运行时以一定速率MV消除偏差的改变。

②偏差出现时，D运行是用一个幅度大动作（消除偏差的方向）快速达到控制目的，有快速减少偏差的作用。

③D运行能阻止由于外部条件控制对象有大的改变

④从偏差出现到当D运行的MV值变成P运行的MV的时间周期叫做微分时间表示为Td.

⑤当一个恒定的偏差出现时的D运行如图：

图7.6

图7.6带恒定偏差的D运行

⑥D运行的表达如下：

⑦微分运行仅使用在PID运行中，在PID运行中P和I运行和D运行结合

（d）PID运行

1PID运行通过（P+I+D）运行生成的操作量控制控制对象

2当一个给定偏差出现时，PID运行如下图7.7.

图7.7带恒定偏差的PID运行

（e）积分windup

所有被控制的设备，传动装置，都有运行限定。

电机有速度限制，值不能超出最大值。

当控制系统有很大的PV范围时，PV能超过传动装置的最大输出值。

在这个时候，当PV是超过传动装置的最大输出值时，传动装置不管PV的变化保持最大输出，它可能缩短传动装置的寿命。

当I控制运行被使用时，偏差是连续的积分，当I值很大时会影响输出，但会使系统的响应特性变慢。

传动装置输出饱和的状况，被称做‘windup’。

在‘windup’发生后，传动装置需要很长时间返回正常的运行状态。

图7.8.显示了当windup发生时PI控制系统的PV和MV。

如图7.8显示，传动装置因为最初的偏差出现饱和。

积分项增加直到PV达到SV（偏差=0），然后开始减少，同时PV比SV大（偏差〈0〉，但是，MV保持饱和状态直到积分项小到足够取消传动装置的windup。

作为windup的结果，在PV达到SV后，传动装置将输出正值一会，系统显示一个大的过头。

一个大的最初偏差，负载干扰，或设备的错误运行导致传动装置的windup。

有几种方法避免传动装置的windup。

最流行的方法是增加另一个反馈系统到传动装置。

当传动装置饱和时，使用传动装置的模式和停止积分。

图7.8windup示例

.

（2）本段阐述P、I、D的数学公式

（a）P控制

P控制的数学公式如下：

n：

取样数K：

比例常数

b：

参考值SV：

设定值PV：

（b）I控制

积分项的持续公式如下：

：

积分项

K：

比例常数Ti：

积分时间e（s）：

偏差值

e=（SV–PV）：

偏差值

数学公式如下：

h：

取样周期

（c）D控制

微分项的数学公式如下：

N：

高频噪声衰减率

Y：

被控对象

（3）指令和参数设置

MASTER-K120S的PID运行，在KGLWIN软件中包含以下2个指令。

序号

名称

描述

1

PID8

运行PID控制

2

PID8AT

自整定运行

（4）参数设定和说明

（a）PID8指令参数设置和说明.

①扫描时间

扫描时间可以理解为读数据的周期（取样），一般按照10的比例增加。

为了能够正常的完成PID运行，它应该和外部触发输入保持一致，取样时间的范围是：

0.1~10秒，这样实际的输入就为1～100秒。

②运行模式

选择自动或手动运行模式。

③手动操作范围

当被指定为手动操作时，手动操作值应为（输入范围：

0~4000）

④输出限制值

指定最小值和最大值实际的操作值。

（范围：

⑤高频率噪声衰减比

高频噪音衰减比率使用于派生的控制运行，并且显示消除高频噪音时的比率，如果在控制系统里有大量的高频噪音产生时，请把此值设定的更高一点。

否则就设定为1，此参数的设定范围是0~10并且没有倍数，所以，请直接输入设定值，（也可以指定为‘D’区域）。

但请注意，如果‘D’区域的值超出10，系统的运行就会出现不正常的现象。

⑥P增益

MK120S只能处理整数类型，而不能处理浮点类型数据，因此，为了要提高PID运行的精确度，PID8指令就指定P_GAIN乘100倍的数据输入，例如，如果指定的P_GAIN是98，实际的输入数据为9800，如果指定的P_GAIN是10.99，那么，实际的输入值为1099。

⑦D时间和I时间

I_时间和D_时间都是10倍的，例如，输入18894，那么I_时间的值就是1889.4。

实际输入的范围是0~20000。

（此参数同样也可以用‘D’区域来给定）

⑧模式设置

在MK120S系列里，只有以下7种运行模式可以选择，其他的运行模式，例如PD或I，都不允许选择。

No.

EN_P

EN_I

EN_D

PWM输出

运行

1（允许）

0（禁止）

P运行

PI运行

3

PID运行

4

P运行/PWM输出

5

PI运行/PWM输出

6

PID运行/PWM输出

7

On/Off运行

⑨PWM设置

PWM（输出脉宽调制）的输出方式是通过改变脉冲的占空比来控制输出值，图7.9为PWM输出的举例。

利用PWM控制，PID控制系统很容易实现，从而省去了D/A转换模块和功率调节器。

当PWM设定后，‘扫描时间’这一栏变为无效，‘PWM’的扫描时间设定为输出周期。

输出范围为：

1~10秒,实际的输入范围为：

10~100。

PWM的输出触点仅在主机单元作为输出触点。

例）PWM输出周期：

1s，输出触点：

P40，MV输出范围：

0~4000

MV=1000

MV=2000

0.25s

0.75s

0.5s

On

P40

⑩SVRamp（斜率）

在PID运行中如果SV值变化很大,此时的差值变化很快，所以输出值（MV）改变也非常迅速。

这种现象对负载和传动装置非常危险。

为了防止这种现象的存在，可以通过参数设定使得SV值逐渐的改变。

设定范围为：

1~4000（默认值为1），设定值表示系统从起始值到最终值所用的时间。

举例：

如果SV-ramp设定为1000并且SV从1000变到3000时，那么每个扫描周期改变值为2，直到达到设定值。

SVRamp*扫描时间

SVRamp的设定

SVRamp=1

当前的SV

SV的改变值

⑪DeltaMV（增量MV）

这个功能是使用设定MV的输出增量最大值。

0~4000，默认值为：

4000。

⑫偏差

这个功能时用来修正P控制时所造成的偏差值得，设定范围0~4000，

实际的偏差范围是–2000~2000，即，0~2000表示为：

0~+2000，

2001~4000表示为：

-1~-2000.

⑬SV（设定值）和PV（当前值）

MK120S的SV（设定值）和PV（当前值）的运行范围为：

0~4000。

这个设定范围是会考虑了MK120S系列的A/D和D/A模块采样精度是12位。

⑭PID运算法则

在MASTER-K120S中有两种PID算法，速度方式和位置方式，

速度操作方式为相对方式，即，计算结果（△N）需要前一个操作值（MVn-1），位置方式为绝对方式，每一个输出