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PID在WCX1600储线器中的应用 —庞师宾 摘要：本文主要介绍了PID在WCX1600型储线器控制系统中的应用。阐述了硬件设计方法和程序设计思路。 关键词：PID控制；位置反馈；张力控制 1 引言 WCX1600型储线器应用于35KV干法交联生产线。在连续生产过程中，储线器储存一定长度的裸线线芯，此时驱动电机正转，采用张力控制大小，实现PID控制放线速度。当需要更换放线盘时，操作人员启动储线器前方的夹紧器，放线架处线芯被夹紧，此时PID停止输出，放线架速度停止，被系统脱离。与此同时储线器驱动电机保持恒定张力，将储存的线芯以系统线速度同步吐出。 系统要求稳定可靠，并具备能够反映现场级的在线数据信息、故障记录与报警等功能。 2 系统构成以及PID运算 2.1系统构成 在本项目中，采用德国SIEMENS公司的S7_200 PLC以及EM235模拟量模块、18KW直流伺服电机以及欧陆590P（35A）全数字直流调速装置组成高质量、高性能的控制系统完成整个项目的控制任务。储线器在生产线中的结构如图2.1所示。 图2.1储线器结构 2.2 PID算法 PID控制是应用最广泛的一种控制规律，PID控制表示比例(proportional)-积分(integral)-微分(differential)控制。设PID调节器如图2.2所示。 （2-1） 式中 ，为微分时间常数， 在微机控制中，必须使之离散化，模拟PID控制算法公式中的积分项和微分项不能直接准确计算，只能用数值计算的方法逼近。 在采样时刻t=i *T(T为采样周期，I为正整数)，式（2-1）所表示的PID调节规律可以通过数值公式近似计算。如果采样周期足够取得足够小，这种逼近可相当准确，被控过程与连续过程十分接近。 （2-2） 图2.2 PID控制器框图 称为比例系数，称为积分系数，称为微分系数。 当执行结构需要的不是控制量的绝对数值，而是其增量时，由上式可导出增量式的PID算法，由上式可得 （2-3） 由两式相减可以导出下面的公式 （2-4） 式（2-4）称为增量式PID控制算法，式（2-1）则称为位置式PID控制算法。 式（2-4）也可以进一步改写为 （2-5） 其中 可见增量式PID算法只需保持现时以前三个时刻的误差（）即可。 PID的输出与输入之间为比例-积分-微分的关系，比例、积分、微分都各有作用。比例调节：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 积分调节：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。 微分调节：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。