西门子PLC使用FB41进行PID调整的说明Word文档下载推荐.docx
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在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(SystemwithSteady-stateError)。
为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。
这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。
因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分(D)控制
在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系.自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会
出现振荡甚至失稳.其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化.解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零.这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
5、PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。
它是根据被控过程的特性确定PID
控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小.PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:
一是理论计算整定法。
它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数.这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。
二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。
PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。
三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。
但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善.现在一般采用的是临界比例法.利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下:
(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔
(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数.
PID参数的设定:
是靠经验及工艺的熟悉,参考测量值跟踪与设定值曲线,从而调整P\I\D的大小。
PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I。
D参数经验数据以下可参照:
温度T:
P=20~60%,T=180~600s,D=3—180s
压力P:
P=30~70%,T=24~180s,
液位L:
P=20~80%,T=60~300s,
流量L:
P=40~100%,T=6~60s。
书上的常用口诀:
参数整定找最佳,从小到大顺序查
先是比例后积分,最后再把微分加
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢,积分时间往下降
曲线波动周期长,积分时间再加长
曲线振荡频率快,先把微分降下来
动差大来波动慢。
微分时间应加长
理想曲线两个波,前高后低4比1
一看二调多分析,调节质量不会低
这里介绍一种经验法。
这种方法实质上是一种试凑法,它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法,并在现场中得到了广泛的应用.
这种方法的基本程序是先根据运行经验,确定一组调节器参数,并将系统投入闭环运行,然后人为地加入阶跃扰动(如改变调节器的给定值),观察被调量或调节器输出的阶跃响应曲线。
若认为控制质量不满意,则根据各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。
这样反复试验,直到满意为止。
经验法简单可靠,但需要有一定现场运行经验,整定时易带有主观片面性。
当采用PID调节器时,有多个整定参数,反复试凑的次数增多,不易得到最佳整定参数。
下面以PID调节器为例,具体说明经验法的整定步骤:
【1】让调节器参数积分系数S0=0,实际微分系数k=0,控制系统投入闭环运行,由小到大改变比例系数S1,让扰动信号作阶跃变化,观察控制过程,直到获得满意的控制过程为止。
【2】取比例系数S1为当前的值乘以0.83,由小到大增加积分系数S0,同样让扰动信号作阶跃变化,直至求得满意的控制过程。
【3】积分系数S0保持不变,改变比例系数S1,观察控制过程有无改善,如有改善则继续调整,直到满意为止。
否则,将原比例系数S1增大一些,再调整积分系数S0,力求改善控制过程。
如此反复试凑,直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0为止.
【4】引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD,此时可适当增大比例系数S1和积分系数S0.和前述步骤相同,微分时间的整定也需反复调整,直到控制过程满意为止.
注意:
仿真系统所采用的PID调节器与传统的工业PID调节器有所不同,各个参数之间相互隔离,互不影响,因而用其观察调节规律十分方便。
PID参数是根据控制对象的惯量来确定的。
大惯量如:
大烘房的温度控制,一般P可在10以上,I=3—10,D=1左右。
小惯量如:
一个小电机带
一水泵进行压力闭环控制,一般只用PI控制。
P=1-10,I=0。
1-1,D=0,这些要在现场调试时进行修正的.
我提供一种增量式PID供大家参考
△U(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k—2)
A=Kp(1+T/Ti+Td/T)
B=Kp(1+2Td/T)
C=KpTd/T
T采样周期Td微分时间Ti积分时间
用上面的算法可以构造自己的PID算法.
U(K)=U(K-1)+△U(K)
使用FB41进行PID调整的说明
FB41称为连续控制的PID用于控制连续变化的模拟量,与FB42的差别在于后者是离散型的,用于控制开关量,其他二者的使用方法和许多参数都相同或相似.
PID的初始化可以通过在OB100中调用一次,将参数COM—RST置位,当然也可在别的地方初始化它,关键的是要控制COM-RST;
PID的调用可以在OB35中完成,一般设置时间为200MS,
一定要结合帮助文档中的PID框图研究以下的参数,可以起到事半功倍的效果
以下将重要参数用黑体标明。
如果你比较懒一点,只需重点关注黑体字的参数就可以了。
其他的可以使用默认参数。
A:
所有的输入参数:
COM_RST:
BOOL:
重新启动PID:
当该位TURE时:
PID执行重启动功能,复位PID内部参数到默认值;
通常在系统重启动时执行一个扫描周期,或在PID进入饱和状态需要退出时用这个位;
MAN_ON:
手动值ON;
当该位为TURE时,PID功能块直接将MAN的值输出到LMN,这可以在PID框图中看到;
也就是说,这个位是PID的手动/自动切换位;
PEPER_ON:
BOOL:
过程变量外围值ON:
过程变量即反馈量,此PID可直接使用过程变量PIW(不推荐),也可使用PIW规格化后的值(常用),因此,这个位为FALSE;
P_SEL:
比例选择位:
该位ON时,选择P(比例)控制有效;
一般选择有效;
I_SEL:
积分选择位;
该位ON时,选择I(积分)控制有效;
INT_HOLDBOOL:
积分保持,不去设置它;
I_ITL_ONBOOL:
积分初值有效,I-ITLVAL(积分初值)变量和这个位对应,当此位ON时,则使用I—ITLVAL变量积分初值。
一般当发现PID功能的积分值增长比较慢或系统反应不够时可以考虑使用积分初值;
D_SEL:
微分选择位,该位ON时,选择D(微分)控制有效;
一般的控制系统不用;
CYCLE:
TIME:
PID采样周期,一般设为200MS;
SP_INT:
REAL:
PID的给定值;
PV_IN:
PID的反馈值(也称过程变量);
PV_PER:
WORD:
未经规格化的反馈值,由PEPER—ON选择有效;
(不推荐)
MAN:
REAL:
手动值,由MAN-ON选择有效;
GAIN:
比例增益;
TI:
积分时间;
TD:
微分时间;
TM_LAG:
我也不知道,没用过它,和微分有关;
DEADB_W:
死区宽度;
如果输出在平衡点附近微小幅度振荡,可以考虑用死区来降低灵敏度;
LMN_HLM:
PID上极限,一般是100%;
LMN_LLM:
PID下极限;
一般为0%,如果需要双极性调节,则需设置为-100%;
(正负10V输出就是典型的双极性输出,此时需要设置-100%);
PV_FAC:
过程变量比例因子
PV_OFF:
过程变量偏置值(OFFSET)
LMN_FAC:
PID输出值比例因子;
LMN_OFF:
PID输出值偏置值(OFFSET);
I_ITLVAL:
REAL:
PID的积分初值;
有I—ITL—ON选择有效;
DISV:
允许的扰动量,前馈控制加入,一般不设置;
B:
部分输出参数说明:
LMN:
PID输出;
LMN_P:
PID输出中P的分量;
(可用于在调试过程中观察效果)
LMN_I:
PID输出中I的分量;
LMN_D:
PID输出中D的分量;
(可用于在调试过程中观察效果)
C:
规格化概念及方法:
PID参数中重要的几个变量,给定值,反馈值和输出值都是用0.0~1.0之间的实数表示,
而这几个变量在实际中都是来自与模拟输入,或者输出控制模拟量的
因此,需要将模拟输出转换为0。
0~1.0的数据,或将0.0~1.0的数据转换为模拟输出,这个过程称为规格化
规格化的方法:
(即变量相对所占整个值域范围内的百分比对应与27648数字量范围内的量)
对于输入和反馈,执行:
变量*100/27648,然后将结果传送到PV-IN和SP—INT
对于输出变量,执行:
LMN*27648/100,然后将结果取整传送给PQW即可;
D:
PID的调整方法:
一般不用D,除非一些大功率加热控制等惯大的系统;
仅使用PI即可,
一般先使I等于0,P从0开始往上加,直到系统出现等幅振荡为止,记下此时振荡的周期,然后设置I为振荡周期的0。
48倍,应该就可以满足大多数的需求。
我记得网络上有许多调整PID的方法,但不记得那么多了,先试试吧.
附录:
PID的调整可以通过“开始->
SIMATIC—〉STEP7->
PID调整"
打开PID调整的控制面板,通过选择不同的PID背景数据块,调整不同回路的PID参数。
PID控制器参数整定的一般方法:
它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:
它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。
这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改;
二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用.PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。
但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
现在一般采用的是临界比例法.利用该方法进行
PID控制器参数的整定步骤如下:
(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;
(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;
(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数.
是靠经验及工艺的熟悉,参考测量值跟踪与设定值曲线,从而调整P、I、D的大小。
参数整定找最佳,从小到大顺序查;
先是比例后积分,最后再把微分加;
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大;
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳;
曲线偏离回复慢,积分时间往下降;
曲线波动周期长,积分时间再加长;
曲线振荡频率快,先把微分降下来;
动差大来波动慢.微分时间应加长;
理想曲线两个波,前高后低4比1;
一看二调多分析,调节质量不会低。
个人认为PID参数的设置的大小,一方面是要根据控制对象的具体情况而定;
另一方面是经验。
P是解决幅值震荡,P大了会出现幅值震荡的幅度大,但震荡频率小,系统达到稳定时间长;
I是解决动作响应的速度快慢的,I大了响应速度慢,反之则快;
D是消除静态误差的,一般D设置都比较小,而且对系统影响比较小.
PID控制原理:
1、比例(P)控制
:
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
2、积分(I)控制
在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。
积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大.这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。
因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
3、微分(D)控制
在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系.
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化.解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。
这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项"
它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性.
编号
名称缩写
功能
SFC0
SET_CLK
设系统时钟
SFC1
READ_CLK
读系统时钟
SFC2
SET_RTM
运行时间定时器设定
SFC3
CTRL_RTM
运行时间定时器启/停
SFC4
READ_RTM
运行时间定时器读取
SFC5
GADR_LGC
查询模板的逻辑起始地址
SFC6
RD_SINFO
读OB启动信息
SFC7
DP_PRAL
在DP主站上触发硬件中断
SFC9
EN_MSG
使能块相关、符号相关的和组状态的信息
SFC10
DIS_MSG
禁止块相关的、符号相关的和组状态信息
SFC11
DPSYC_FR
同步DP从站组
SFC12
D_ACT_DP
取消和激活DP从站
SFC13
DPNRM_DG
读DP从站的诊断数据(从站诊断)
SFC14
DPRD_DAT
读标准DP从站的连续数据
SFC15
DPWR_DAT
写标准DP从站的连续数据
SFC17
ALARM_SQ
生成可确认的块相关信息
SFC18
ALARM_S
生成恒定可确认的块相关信息
SFC19
ALARM_SC
查询最后的LAARM_SQ到来的事件信息的应答状态
SFC20
BLKMOV
拷贝变量
SFC21
FILL
初始化存储区
SFC22
CREAT_DB
生成DB
SFC23
DEL_DB
删除DB
SFC24
TEST_DB
测试DB
SFC25
COMPRESS
压缩用户内存
SFC26
UPDAT_PI
刷新过程映像输入表
SFC27
UPDAT_PO
刷新过程映像输出表
SFC28
SET_TINT
设置日时钟中断
SFC29
CAN_TINT
取消日时钟中断
SFC30
ACT_TINT
激活日时钟中断
SFC31
QRY_TINT
查询日时钟中断
SFC32
SRT_DINT
启动延时中断
SFC33
CAN_DINT
取消延时中断
SFC34
QRY_DINT
查询延时中断
SFC35
MP_ALM
触发多CPU中断
SFC36
MSK_FLT
屏蔽同步故障
SFC37
DMSK_FLT
解除同步故障屏蔽
SFC38
READ_ERR
读故障寄存器
SFC39
DIS_IRT
禁止新中断和非同步故障
SFC40
EN_IRT
使能新中断和非同步故障
SFC41
DIS_AIRT
延迟高优先级中断和非同步故障
SFC42
EN_AIRT
使能高优先级中断和非同步故障
SFC43
RE_TRIGR
再触发循环时间监控
SFC44
REPL_VAL
传送替代值到累加器1
SFC46
STP
使CPU进入停机状态
SFC47
WAIT
延迟用户程序的执行
SFC48
SNC_RTCB
同步子时钟
SFC49
LGC_GADR
查询一个逻辑地址的模块槽位的属性
SFC50
RD_LGADR
查询一个模块的全部逻辑地址
SFC51
RDSYSST
读系统状态表或部分表
SFC52
WR_USMSG
向诊断缓冲区写用户定义的诊断事件
SFC54
RD_PARM
读取定义参数
SFC55
WR_PARM
写动态参数
SFC56
WR_DPARM
写默认参数
SFC57
PARM_MOD
为模块指派参数
SFC58
WR_REC
写数据记录
SFC59
RD_REC
读数据记录
SFC60
GD_SND
全局