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更新時(shí)間：2020-07-28 12:05:49瀏覽次數(shù)：169
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朝陽(yáng)SIEMENS西門子PLC模塊S7-300代理商 朝陽(yáng)SIEMENS西門子PLC模塊S7-300代理商
潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司 上海詩(shī)慕自動(dòng)化設(shè)備有限公司
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用戶經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問題：嘗試了很多組PID參數(shù)，都無法滿足控制器的要求， 此時(shí)需要考慮PID的采樣時(shí)間是否適合當(dāng)前系統(tǒng)。采樣時(shí)間就是對(duì)反饋進(jìn)行采樣的間隔。短于采樣時(shí)間間隔的信號(hào)變化是不能測(cè)量到的。采樣時(shí)間過短，兩次實(shí)測(cè)值的變化量太小，也不合適，而且增加PLC的運(yùn)算負(fù)擔(dān)；采樣間隔過長(zhǎng)，將會(huì)引起有用信號(hào)的丟失，使系統(tǒng)品質(zhì)變差，不能滿足擾動(dòng)變化比較快、或者速度響應(yīng)要求高的場(chǎng)合。除此以外，也有可能是系統(tǒng)自身的問題，無法調(diào)節(jié)到穩(wěn)定，例如， 不規(guī)律的干擾，或者反饋信號(hào)不穩(wěn)定。
1. PID輸出總是輸出很大的值，并在這一區(qū)間內(nèi)調(diào)節(jié)變化。
產(chǎn)生原因：增益（Gain）值太高
PID掃描時(shí)間（sample time）太長(zhǎng)（對(duì)于快速響應(yīng)PID的回路）
解決方法：降低增益（Gain）值并且/或選擇短一些的掃描時(shí)間
2. 過程變量超過設(shè)定值很多（超調(diào)很大）
產(chǎn)生原因：積分時(shí)間（Integral time)可能太高。
解決方法：降低積分時(shí)間 3. 得到一個(gè)非常不穩(wěn)定的PID。
解決方法：
啟動(dòng)自整定先決條件：
要進(jìn)行自整定的回路必須處于自動(dòng)模式
在開始PID自整定調(diào)整前，整個(gè)PID控制回路必須工作在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)（穩(wěn)定的PID是指過程變量接近設(shè)定值，輸出不會(huì)不規(guī)則的變化，且回路的輸出值在控制范圍中心附近變化。）
理想狀態(tài)下，自整定啟動(dòng)時(shí)，回路輸出值應(yīng)該在控制范圍中心附近。 自整定過程在回路的輸出中加入一些小的階躍變化，使得控制過程產(chǎn)生振蕩。 如果回路輸出接近其控制范圍的任一限值，自整定過程引入的階躍變化可能導(dǎo)致輸出值超出小或大范圍限值。 如果發(fā)生這種情況，可能會(huì)生成自整定錯(cuò)誤條件，當(dāng)然也會(huì)使推薦值并非化。
為什么啟動(dòng)自整定之前，需要PID控制回路工作在相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)？
啟動(dòng)自整定后,回路計(jì)算自滯后序列時(shí)，不能執(zhí)行正常的 PID 計(jì)算，此時(shí)回路輸出時(shí)一個(gè)定值，不會(huì)根據(jù)偏差變化。 因此，在啟動(dòng)自整定序列之前，控制過程應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。 這樣可以得到更好的滯后值結(jié)果，同時(shí)也可以保證自滯后序列期間控制過程不會(huì)失控。
5.2. PID自整定參數(shù)介紹
S7-200 中的 PID自整定參數(shù)是回路表40-80字節(jié)，見下圖：
PID擴(kuò)展回路表
a. AT控制（ACNTL）： 啟動(dòng)/中止自整定
b.AT狀態(tài)（ASTAT）：自整定的輸出狀態(tài)字節(jié)，PID控制面板自整定時(shí)的相關(guān)狀態(tài)也是根據(jù)由該字節(jié)判斷。
圖 5.2.3. PID自整定AT狀態(tài)字節(jié)
c.AT結(jié)果（ARES）：PID自整定結(jié)果，需要注意，啟動(dòng)PID自整定之前需要確保該字節(jié)0位為0，尤其是自己編程啟動(dòng)自整定，可能需要手動(dòng)設(shè)置為0。
圖 5.2.4. PID自整定AT結(jié)果字節(jié)
d.AT配置（ACNFG）： 自整定之前先對(duì)響應(yīng)模式、偏差、滯后等做相關(guān)設(shè)置。
圖 5.2.5. PID自整定AT配置字節(jié)
e.偏移（DEV）~ h.看門狗時(shí)間（WDOG）： 參考PID自整定高級(jí)參數(shù)設(shè)置。
i.推薦增益（AT_Kc）~ k.推薦微分時(shí)間（AT_Td：PID自整定完成后，整定所得推薦參數(shù)放置在該地址。
l.實(shí)際輸出階躍幅度（ASTEP）：調(diào)節(jié)開始后，PID計(jì)算出的新的輸出階躍值。
m.實(shí)際滯后（AHYS）： 重新計(jì)算得到的實(shí)際滯后值。
S7-200的PID自整定實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一種是通過控制面板，另一種是自己編程。
需要注意：
通過控制面板實(shí)現(xiàn)PID自整定，PID必須是向?qū)?/p>
自己編程實(shí)現(xiàn)PID自整定，向?qū)Щ蛘逷ID指令塊實(shí)現(xiàn)PID均可，具體步驟可以查看：如何編程啟動(dòng)自整定
下面介紹通過PID控制面板實(shí)現(xiàn)自整定：
*步：在PID Wizard (向?qū)В┲型瓿蒔ID功能配置，正確調(diào)用PID子程序 。
第二步：打開PID調(diào)節(jié)控制面板，設(shè)置PID回路調(diào)節(jié)參數(shù)。
在Micro/WIN V4.0在線的情況下，從主菜單Tools（工具） > PID Tune Control Panel（PID調(diào)節(jié)控制面板）進(jìn)入PID調(diào)節(jié)控制面板中，如果面板沒有被激活（所有地方都是灰色），可點(diǎn)擊Configure（配置）按鈕運(yùn)行CPU。
在PID調(diào)節(jié)面板圖3.4.1的e.區(qū)選擇要調(diào)節(jié)的PID回路號(hào)，在d.區(qū)選擇Manual（手動(dòng)），調(diào)節(jié)PID參數(shù)并點(diǎn)擊Update（更新），使新參數(shù)值起作用，監(jiān)視其趨勢(shì)圖，根據(jù)調(diào)節(jié)狀況改變PID參數(shù)直至調(diào)節(jié)穩(wěn)定。
為了使PID自整定順利進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)做到：
第三步：在圖3.4.1的d.區(qū)點(diǎn)擊Advanced（高級(jí)）按鈕，設(shè)定PID自整定選項(xiàng)。如果不是很特殊的系統(tǒng)，也可以不加理會(huì)。
在此允許你設(shè)定下列參數(shù)：
1.你可以選中復(fù)選框，讓自整定來自動(dòng)計(jì)算死區(qū)值和偏移值 對(duì)于一般的PID系統(tǒng)，建議使用自動(dòng)選擇。
2.Hysteresis（滯回死區(qū)）： 死區(qū)值規(guī)定了允許過程值偏離設(shè)定值的大（正負(fù)）范圍，過程反饋在這個(gè)范圍內(nèi)的變化不會(huì)引起PID自整定調(diào)節(jié)器改變輸出，或者使PID自整定調(diào)節(jié)器“認(rèn)為”這個(gè)范圍內(nèi)的變化是由于自己改變輸出進(jìn)行自整定調(diào)節(jié)而引起的。PID自整定開始后，只有過程反饋值超出了該區(qū)域，PID自整定調(diào)節(jié)器才會(huì)認(rèn)為它對(duì)輸出的改變發(fā)生了效果。這個(gè)值用來減少過程變量的噪聲對(duì)自整定的干擾，從而更計(jì)算出過程系統(tǒng)的自然振動(dòng)頻率。如果選用自動(dòng)計(jì)算，則缺省值為2％。
如果過程變量反饋干擾信號(hào)較強(qiáng)（噪聲大）自然變化范圍就大，可能需要人為設(shè)置一個(gè)較大的值。但這個(gè)值的改變要與下面的偏差值保持1:4的關(guān)系。
如何獲取一組合適的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)快速并穩(wěn)定的PID控制？
PID調(diào)節(jié)過程中，用戶通常需要做多次的參數(shù)調(diào)節(jié)才能獲得的控制效果。從下面反饋（過程變量）與給定之間的曲線圖中，可以看到黃色曲線較理想。用戶可以將調(diào)節(jié)的PID反饋與給定曲線與下圖中對(duì)比，并修改相關(guān)參數(shù)（但是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)情況不一樣，用戶還需具體問題具體對(duì)待，下圖中的建議僅供參考：
圖 4.3.4 反饋與給定曲線
1.超調(diào)過大，減小比例，增大積分時(shí)間
2.迅速變化，存在小超調(diào)
3.實(shí)際值緩慢接近設(shè)定值，并且無超調(diào)的達(dá)到設(shè)定值
4.增益系數(shù)太小和/或微分時(shí)間太長(zhǎng)
5.益系數(shù)太小和/或積分時(shí)間太長(zhǎng)
沒有采用積分控制時(shí)，為何反饋達(dá)不到給定？
這是必然的。因?yàn)榉e分控制的作用在于消除純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)固有的“靜差”。沒有積分控制的比例控制系統(tǒng)中，沒有偏差就沒有輸出量，沒有輸出就不能維持反饋值與給定值相等。所以永遠(yuǎn)不能做到?jīng)]有偏差。
對(duì)于某個(gè)具體的PID控制項(xiàng)目，是否可能事先得知比較合適的參數(shù)？有沒有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)？
雖然有理論上計(jì)算PID參數(shù)的方法，但由于閉環(huán)調(diào)節(jié)的影響因素很多而不能全部在數(shù)學(xué)地描述，計(jì)算出的數(shù)值往往沒有什么實(shí)際意義。因此，除了實(shí)際調(diào)試獲得參數(shù)外，沒有什么可用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值存在。甚至對(duì)于兩套看似一樣的系統(tǒng)，都可能通過實(shí)際調(diào)試得到*不同的參數(shù)值。
PID控制不穩(wěn)定怎么辦？如何調(diào)試PID？
閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試，首先應(yīng)當(dāng)做開環(huán)測(cè)試。所謂開環(huán)，就是在PID調(diào)節(jié)器不投入工作的時(shí)候，觀察：
可以試著給出一些比較保守的PID參數(shù)，比如放大倍數(shù)（增益）不要太大，可以小于1，積分時(shí)間不要太短，以免引起振蕩。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以直接投入運(yùn)行觀察反饋的波形變化。給出一個(gè)階躍給定，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)是的方法。
如果反饋達(dá)到給定值之后，歷經(jīng)多次振蕩才能穩(wěn)定或者根本不穩(wěn)定，應(yīng)該考慮是否增益過大、積分時(shí)間過短；如果反饋遲遲不能跟隨給定，上升速度很慢，應(yīng)該考慮是否增益過小、積分時(shí)間過長(zhǎng)……
總之，PID參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)綜合的、互相影響的過程，實(shí)際調(diào)試過程中的多次嘗試是非常重要的步驟，也是必須的。
S7-200 中使用的自整定算法是基于 K.J.?str?m 和 T. H?gglund 在 1984 年提出的延時(shí)反饋算法。經(jīng)過這二十年，繼電反饋算法已被應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域?？梢允褂貌僮鲉T面板中的用戶程序或者 PID 整定控制面板來啟動(dòng)自整定功能。在同一時(shí)間，不僅僅只有一個(gè) PID 回路可以進(jìn)行自整定，如果需要的話，所有 8 個(gè) PID 回路可以同時(shí)進(jìn)行自整定。PID自整定算法向您推薦增益值、積分時(shí)間值和微分時(shí)間值。您也可以為您的調(diào)節(jié)回路選擇快速響應(yīng)、中速響應(yīng)、慢速響應(yīng)或者極慢速響應(yīng)等調(diào)節(jié)類型。
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