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