6ES7318-3EL01-0AB0安裝調(diào)試

輸出= 比例項 + 積分項 + 微分項
由于計算機從第一次采樣開始每有一個偏差采樣值必須計算一次輸出值只需要保存偏差前值和
積分項前值利用計算機處理的重復(fù)性可以化簡以上算式為
其中
Mn 在第 n 采樣時刻PID 回路輸出的計算值
Kc PID 回路增益
en 在第 n 采樣時刻的偏差值
en – 1 在第 n-1 采樣時刻的偏差值 (偏差前項)
KI 積分項的比例常數(shù)
MX 積分項前值
KD 微分項的比例常數(shù)
CPU 實際使用以上簡化算式的改進形式計算 PID 輸出這個改進型算式是
其中
Mn 第 n 采樣時刻的計算值
MPn 第 n 采樣時刻的比例項值
Min 第 n 采樣時刻的積分項值
MDn 第 n 采樣時刻的微分項值
比例項
比例項 MP 是增益 (Kc) 和偏差 (e) 的乘積其中 Kc 決定輸出對偏差的靈敏度 偏差 (e) 是給定值
(SP) 與過程變量值 (PV) 之差CPU 執(zhí)行的求比例項算式是
MPn = Kc * (SPn - PVn)
其中
MPn 第 n 采樣時刻比例項的值
Kc 增益
SPn 第 n 采樣時刻的給定值
PVn 第 n 采樣時刻的過程變量值
= * + * + + * ( - -1 ) Mn KC en KI en MX KD en en
輸出= 比例項 + 積分項 + 微分項
Mn = MPn +MIn+ MDn
輸出 = 比例項 + 積分項 + 微分項
積分項
積分項值 MI 與偏差和成正比CPU 執(zhí)行的求積分項算式是
MIn = Kc * TS / TI * (SPn - PVn) + MX
其中
Min 第 n 采樣時刻的積分項值
Kc 增益
TS 采樣時間間隔
TI 積分時間
SPn 第 n 采樣時刻的給定值
PVn 第 n 采樣時刻的過程變量值
MX 第 n-1 采樣時刻的積分項 (積分項前值) (也稱積分和或偏置)
積分和 (MX) 是所有積分項前值之和在每次計算出 MIn 之后都要用 MIn 去更新 mx 其中 MIn
可以被調(diào)整或限定 (詳見“變量和范圍"一節(jié)) MX 的 初值通常在第一次計算輸出以前被設(shè)置為
Minitial (初值) 積分項還包括其他幾個常數(shù)增益 (Kc) 采樣時間間隔 (TS) 和積分時間 (TI) 其
中采樣時間是重新計算輸出的時間間隔而積分時間控制積分項在整個輸出結(jié)果中影響的大小
微分項
微分項值 MD 與偏差的變化成正比其計算等式為
MDn = KC * TD / TS * ((SPn - PVn) - (SPn - 1 - PVn - 1))
為了避免給定值變化的微分作用而引起的跳變假定給定值不變(SPn=SPn-1) 這樣可以用過程變
量的變化替代偏差的變化計算算式可改進為:
MDn = KC * TD / TS * (SPn - PVn - SPn + PVn - 1)
或
MDn = KC * TD / TS * (PVn - 1 - PVn)
其中
MDn 第 n 采樣時刻的微分項值
Kc 回路增益
Ts 回路采樣時間
TD 微分時間
SPn 第 n 采樣時刻的給定值
SPn – 1 第 n-1 采樣時刻的給定值
PVn 第 n 采樣時刻的過程變量值
PVn – 1 第 n-1 采樣時刻的過程變量值
為了下一次計算微分項值必須保存過程變量而不是偏差在第一采樣時刻初始化為 PVn -1
PVn
回路控制類型的選擇
在許多控制系統(tǒng)中只需要一種或二種回路控制類型例如只需要比例回路或者比例積分回路通
過設(shè)置常量參數(shù)可先選中想要的回路控制類型
如果不想要積分回路可以把積分時間設(shè)為無窮大即使沒有積分作用積分項還是不為零因為
有初值MX
如果不想要微分回路可以把微分時間置為零
如果不想要比例回路但需要積分或積分微分回路可以把增益設(shè)為 0.0 系統(tǒng)會在計算積分項和
微分項時把增益當(dāng)作 1.0 看待
回路輸入的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化
每個 PID 回路有兩個輸入量給定值 (SP) 和過程變量 (PV) 給定值通常是一個固定的值比如是
設(shè)定的汽車速度過程變量是與 PID 回路輸出有關(guān)可以衡量輸出對控制系統(tǒng)作用的大小在汽車
速度控制系統(tǒng)中過程變量可以是測速儀的輸入 (衡量車輪轉(zhuǎn)速高低)
給定值和過程變量都可能是現(xiàn)實世界的值它們的大小范圍和工程單位都可能不一樣PID 指令
在對這些量進行運算以前必須把他們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的浮點型實數(shù)
轉(zhuǎn)換的第一步是把 16 位整數(shù)值轉(zhuǎn)成浮點型實數(shù)值下面的指令序列提供了實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法
XORD AC0 AC0 //清空累加器
MOVW AIW0 AC0 //把待變換的模擬量存入累加器
LDW>= AC0 0 //如果模擬量為正
JMP 0 //則直接轉(zhuǎn)成實數(shù)
NOT //否則
ORD 16#FFFF0000 AC0 //先對 AC0 中值進行 符號擴展
LBL 0
DTR AC0 AC0 //把 32 位整數(shù)轉(zhuǎn)成實數(shù)
轉(zhuǎn)換的下一步是把實數(shù)值進一步標(biāo)準(zhǔn)化為 0.0 1.0 之間的實數(shù)下面的算式可以用來標(biāo)準(zhǔn)化給定值
或過程變量
RNorm = (RRaw / Span) + Offset)
其中
RNorm 標(biāo)準(zhǔn)化的實數(shù)值
Rraw 沒有標(biāo)準(zhǔn)化的實數(shù)值或原值
Offset 單極性為 0.0 雙極性為 0.5
Span 值域大小可能最大值減去可能最小值
單極性為 32,000 (典型值)
雙極性為 64,000 (典型值)
下面的指令把雙極性實數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化為 0.0 1.0 之間的實數(shù)通常用在第一步轉(zhuǎn)換之后:
/R 64000.0 AC0 //累加器中的標(biāo)準(zhǔn)化值
+R 0.5 AC0 //加上偏置使其落在 0.0 1.0 之間
MOVR AC0 VD100 //標(biāo)準(zhǔn)化的值存入回路表
回路輸出值轉(zhuǎn)換成刻度整數(shù)值
回路輸出值一般是控制變量 比如在汽車速度控制中可以是油閥開度的設(shè)置同時輸出是
0.0 1.0 之間的標(biāo)準(zhǔn)化了的實數(shù)值在回路輸出驅(qū)動模擬輸出之前必須把回路輸出轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的
16 位整數(shù)這一過程是給定值或過程變量的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換的反過程該過程的第一步把回路輸出
轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的實數(shù)值公式如下
RScal = (M n - Offset) * Span
其中
Rscal 回路輸出的刻度實數(shù)值
Mn 回路輸出的標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)值
Offset 單極性為 0.0 雙極性為 0.5
Span 值域大小可能最大值減去可能最小值
單極性為 32,000 (典型值)
雙極性為 64,000 (典型值)
這一過程可以用下面的指令序列完成
MOVR VD108,AC0 //把回路輸 出值移入累加器
–R 0.5,AC0 //僅雙極性有此句
*R 64000.0,AC0 //在累加器中得到刻度值
下一步是把回路輸出的刻度轉(zhuǎn)換成 16 位整數(shù)可通過下面的指令序列來完成
ROUND AC0 AC0 //把實數(shù)轉(zhuǎn)換為 32 位整數(shù)
MOVW AC0, AQW0 //把 16 位整數(shù)寫入模擬輸出寄存器
正作用或反作用回路
如果增益為正那么該回路為正作用回路如果增益為負那么是反作用回路對于增益為零的積
分或微分控制來說如果積分時間微分時間為正就是正作用回路為負值則是反作
用回路
變量和范圍
過程變量和給定值是 PID 運算的輸入值因此在回路表中這些值只能被回路指令讀而不能改寫
輸出變量是由 PID 運算產(chǎn)生的所以在每一次 PID 運算完成之后需更新回路表中的輸出值輸
出值被限定在 0.0 1.0 之間當(dāng) PID 指令從手動方式轉(zhuǎn)變到自動方式時 回路表中的輸出值可以
用來初始化輸出值 (有關(guān) PID 指令的方式詳見下面的“控制方式" 一節(jié))
如果使用積分控制積分項前值要根據(jù) PID 運算結(jié)果更新這個更新了的值用作下一次 PID 運算
的輸入當(dāng)輸出值超過范圍 (大于 1.0 或小于 0.0) 那么積分項前值必須根據(jù)下列公式進行調(diào)整
MX = 1.0 - (MPn + MDn) 當(dāng)計算輸出 Mn > 1.0

[NextPage]
或
MX = - (MPn + MDn) 當(dāng)計算輸出 Mn < 0.0
其中
MX 經(jīng)過調(diào)整了的積分和 (積分項前值)
MPn 第 n 采樣時刻的比例項值
MDn 第 n 采樣時刻的微分項值
Mn 第 n 采樣時刻的輸出值
這樣調(diào)整積分前值一旦輸出回到范圍后可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)性能而且積分項前值也要限制在
0.0 1.0 之間然后在每次 PID 運算結(jié)束之后把積分項前值寫入回路表 以備在下次 PID 運算
中使用
用戶可以在執(zhí)行 PID 指令以前修改回路表中積分項前值在實際運用中這樣做的目的是找到由于
積分項前值引起的問題手工調(diào)整積分項前值時必須小心謹(jǐn)慎還應(yīng)保證寫入的值在 0.0 1.0 之
間
回路表中的給定值與過程變量的差值 ( ) 是用于 PID 運算中的差分運算用戶最好不要去修改此
值
控制方式
S7–200 的 PID 回路沒有設(shè)置控制方式只要 PID 塊有效就可以執(zhí)行 PID 運算 在這種意義上
說PID 運算存在一種“自動"運行方式當(dāng) PID 運算不被執(zhí)行時我們稱之為“手動"方式
同計數(shù)器指令相似PID 指令有一個使能位當(dāng)該使能位檢測到一個信號的正跳變 (從 0 到 1) PID
指令執(zhí)行一系列的動作使 PID 指令從手動方式無擾動地切換到自動方式為了達到無擾動切換
在轉(zhuǎn)變到自動控制前必須用手動方式把當(dāng)前輸出值填入回路表中的 Mn 欄PID 指令對回路表中
的值進行下列動作以保證當(dāng)使能位正跳變出現(xiàn)時從手動方式無擾動切換到自動方式
l 置給定值 (SPn) 過程變量 (PVn)
l 置過量變量前值 (PVn-1) 過程變量現(xiàn)值 (PVn)
l 置積分項前值 (MX) 輸出值 (Mn)
PID 使能位的默認值是 1 在 CPU 啟動或從 STOP 方式轉(zhuǎn)到 RUN 方式時建立CPU 進入 RUN 方
式后使 PID 塊有效沒有檢測到使能位的正跳變那么就沒有無擾動切換的動作
報警與特殊操作
PID 指令是執(zhí)行 PID 運算的簡單而功能強大的指令如果其他過程需要對回路變量進行 報警等特
殊操作那么可以用 CPU 支持的基本指令實現(xiàn)這些特殊操作功能