泛用PID控制23.pdf

第 23 章：FBs-PLC 的泛用 PID 控制 23.1 PID 控制简介 一般常见的过程控制应用，只要控制组件加工精度够或是控制反应的重现性够好，开环 回路控制已可满足大部份的应用需求，而且简单容易、成本低廉是最大优点；但随着使用时 间、组件特性变化或受控负载或外界工作环境的变异，开环回路控制因为没有忠实将受控程 序的实际量回馈至控制器，因此控制结果可能与实际期望的结果会有些许落差，闭环回路 PID 过程控制是用来克服解决上述缺失的极佳选择。 FBS -PLC 提供软件数字化的 PID 数学表达式，对于一般反应的闭环回路过程控制足可应 付所需，但对于需快速反应的闭环回路控制欲使用本功能需事先评估是否适用。典型的闭环 回路程控示意图如下图所示： 23.2 控制器选择 根据应用需求，使用者可将 PID 控制器设定成比例式控制、比例 +积分控制器或比例 +积 分 +微分控制器；各类控制器的数学式与特性说明如后。 23.2.1 比例式控制器 数字化数学表达式如下： Mn=(D4005/Pb)×(En)+Bias Mn ：〝n 〞时的控制输出量 D4005 ：增益常数，内定值为 1000 ；可设定范围为 1～5000 Pb ：比例带（范围： 1～5000 ，单位为 0.1% ；Kc(增益 )=D4005/Pb ） En ：〝n 〞时的误差= 设定值（ SP ）− 〝n 〞时的程控变数值（ PVn ） Ts ：比例运算的间隔时间（范围： 1～3000 ，单位：0.01S ） Bias ：偏置输出量（范围：0 ～ 16383 ） 比例式控制器运算简单省时，大部份的应用足可胜任；缺点是当设定值有变更时，必须 调整偏置输出量（ Bias ）以消除稳态误差。 23-1 23.2.2 比例+积分控制器 数字化数学表达式如下： n Mn=(D4005/Pb)×(En)+∑[ (D4005/Pb)×K i ×Ts ×E n ] +Bias 0 Mn ：〝n 〞时的控制输出量 D4005 ：增益常数，内定值为 1000 ；可设定范围为 1～5000 Pb ：比例带（范围： 1～5000 ，单位为 0.1% ；Kc(增益 )=D4005/Pb ） En ：〝n 〞时的误差= 设定值（ SP ）− 〝n 〞时的程控变数值（ PVn ） Ki ：积分常数（范围：0 ～9999 ，相当于 0.00 ～99.99 Repeats/Minute ） Ts ：比例+积分运算的间隔时间（范围： 1～3000 ，单位：0.01S ） Bias ：偏置输出量（范围：0 ～ 16383 ） 加上积分项的控制器可以消除只有比例式控制器时所产生的稳态 Offset ，也就是说可以自 动消除稳态误差。偏置输出量（ Bias ）可以为 0 。 23.2.3 比例+积分 +微分控制器 数字化数学表达式如下： n Mn=(D4005/Pb)×(En)+ ∑[(D4005/Pb) ×Ki ×Ts ×En] −[(D4005/Pb)×Td ×(PVn−PVn- 1 )/Ts] 0 +Bias Mn ：〝n 〞时的控制输出量 D4005 ：增益常数，内定值为 1000 ；可设定范围为 1～5000 Pb ：比例带（范围： 1～5000 ，单位为 0.1% ；Kc(增益 )=D4005/Pb ） En ：〝n 〞时的误差= 设定值（ SP ）− 〝n 〞时的程控变数值（ PVn ） Ki ：积分常数（范围：0 ～9999 ，相当于 0.00 ～99.99 Repeats/Minute ） Td ：微积分时间常数（范围：0 ～9999 ，相当于 0.00 ～99.99 Minute ） PVn ：〝n 〞时的程控变数值 PVn- 1 ： 〝n 〞时的上一次程控变数值 Ts ：PID 运算的间隔时间（范围： 1～3000 ，单位：0.01S ） Bias ：偏置输出量（范围：0 ～ 16383 ） 加上微分项的控制器，目的在消除程控系统的过度反应，进而使程控系统能够平稳缓和达