6ES7318-3EL01-0AB0安裝調(diào)試

輸出= 比例項(xiàng) + 積分項(xiàng) + 微分項(xiàng)
由于計(jì)算機(jī)從第一次采樣開始每有一個(gè)偏差采樣值必須計(jì)算一次輸出值只需要保存偏差前值和
積分項(xiàng)前值利用計(jì)算機(jī)處理的重復(fù)性可以化簡(jiǎn)以上算式為
其中
Mn 在第 n 采樣時(shí)刻PID 回路輸出的計(jì)算值
Kc PID 回路增益
en 在第 n 采樣時(shí)刻的偏差值
en – 1 在第 n-1 采樣時(shí)刻的偏差值 (偏差前項(xiàng))
KI 積分項(xiàng)的比例常數(shù)
MX 積分項(xiàng)前值
KD 微分項(xiàng)的比例常數(shù)
CPU 實(shí)際使用以上簡(jiǎn)化算式的改進(jìn)形式計(jì)算 PID 輸出這個(gè)改進(jìn)型算式是
其中
Mn 第 n 采樣時(shí)刻的計(jì)算值
MPn 第 n 采樣時(shí)刻的比例項(xiàng)值
Min 第 n 采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)值
MDn 第 n 采樣時(shí)刻的微分項(xiàng)值
比例項(xiàng)
比例項(xiàng) MP 是增益 (Kc) 和偏差 (e) 的乘積其中 Kc 決定輸出對(duì)偏差的靈敏度 偏差 (e) 是給定值
(SP) 與過(guò)程變量值 (PV) 之差CPU 執(zhí)行的求比例項(xiàng)算式是
MPn = Kc * (SPn - PVn)
其中
MPn 第 n 采樣時(shí)刻比例項(xiàng)的值
Kc 增益
SPn 第 n 采樣時(shí)刻的給定值
PVn 第 n 采樣時(shí)刻的過(guò)程變量值
= * + * + + * ( - -1 ) Mn KC en KI en MX KD en en
輸出= 比例項(xiàng) + 積分項(xiàng) + 微分項(xiàng)
Mn = MPn +MIn+ MDn
輸出 = 比例項(xiàng) + 積分項(xiàng) + 微分項(xiàng)
積分項(xiàng)
積分項(xiàng)值 MI 與偏差和成正比CPU 執(zhí)行的求積分項(xiàng)算式是
MIn = Kc * TS / TI * (SPn - PVn) + MX
其中
Min 第 n 采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)值
Kc 增益
TS 采樣時(shí)間間隔
TI 積分時(shí)間
SPn 第 n 采樣時(shí)刻的給定值
PVn 第 n 采樣時(shí)刻的過(guò)程變量值
MX 第 n-1 采樣時(shí)刻的積分項(xiàng) (積分項(xiàng)前值) (也稱積分和或偏置)
積分和 (MX) 是所有積分項(xiàng)前值之和在每次計(jì)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(jiàn)“變量和范圍"一節(jié)) MX 的 初值通常在第一次計(jì)算輸出以前被設(shè)置為
Minitial (初值) 積分項(xiàng)還包括其他幾個(gè)常數(shù)增益 (Kc) 采樣時(shí)間間隔 (TS) 和積分時(shí)間 (TI) 其
中采樣時(shí)間是重新計(jì)算輸出的時(shí)間間隔而積分時(shí)間控制積分項(xiàng)在整個(gè)輸出結(jié)果中影響的大小
微分項(xiàng)
微分項(xiàng)值 MD 與偏差的變化成正比其計(jì)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(guò)程變
量的變化替代偏差的變化計(jì)算算式可改進(jìn)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(shí)刻的微分項(xiàng)值
Kc 回路增益
Ts 回路采樣時(shí)間
TD 微分時(shí)間
SPn 第 n 采樣時(shí)刻的給定值
SPn – 1 第 n-1 采樣時(shí)刻的給定值
PVn 第 n 采樣時(shí)刻的過(guò)程變量值
PVn – 1 第 n-1 采樣時(shí)刻的過(guò)程變量值
為了下一次計(jì)算微分項(xiàng)值必須保存過(guò)程變量而不是偏差在第一采樣時(shí)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(guò)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(shí)間設(shè)為無(wú)窮大即使沒(méi)有積分作用積分項(xiàng)還是不為零因?yàn)?br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; padding: 0px;"/>有初值MX
如果不想要微分回路可以把微分時(shí)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(huì)在計(jì)算積分項(xiàng)和
微分項(xiàng)時(shí)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(gè) PID 回路有兩個(gè)輸入量給定值 (SP) 和過(guò)程變量 (PV) 給定值通常是一個(gè)固定的值比如是
設(shè)定的汽車速度過(guò)程變量是與 PID 回路輸出有關(guān)可以衡量輸出對(duì)控制系統(tǒng)作用的大小在汽車
速度控制系統(tǒng)中過(guò)程變量可以是測(cè)速儀的輸入 (衡量車輪轉(zhuǎn)速高低)
給定值和過(guò)程變量都可能是現(xiàn)實(shí)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(duì)這些量進(jìn)行運(yùn)算以前必須把他們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)
轉(zhuǎn)換的第一步是把 16 位整數(shù)值轉(zhuǎn)成浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)值下面的指令序列提供了實(shí)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(shí)數(shù)
NOT //否則
ORD 16#FFFF0000 AC0 //先對(duì) AC0 中值進(jìn)行 符號(hào)擴(kuò)展
LBL 0
DTR AC0 AC0 //把 32 位整數(shù)轉(zhuǎn)成實(shí)數(shù)
轉(zhuǎn)換的下一步是把實(shí)數(shù)值進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化為 0.0 1.0 之間的實(shí)數(shù)下面的算式可以用來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化給定值
或過(guò)程變量
RNorm = (RRaw / Span) + Offset)
其中
RNorm 標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值
Rraw 沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)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(shí)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化為 0.0 1.0 之間的實(shí)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(shí)輸出是
0.0 1.0 之間的標(biāo)準(zhǔn)化了的實(shí)數(shù)值在回路輸出驅(qū)動(dòng)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(guò)程是給定值或過(guò)程變量的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換的反過(guò)程該過(guò)程的第一步把回路輸出
轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的實(shí)數(shù)值公式如下
RScal = (M n - Offset) * Span
其中
Rscal 回路輸出的刻度實(shí)數(shù)值
Mn 回路輸出的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)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(guò)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(guò)下面的指令序列來(lái)完成
ROUND AC0 AC0 //把實(shí)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(fù)那么是反作用回路對(duì)于增益為零的積
分或微分控制來(lái)說(shuō)如果積分時(shí)間微分時(shí)間為正就是正作用回路為負(fù)值則是反作
用回路
變量和范圍
過(guò)程變量和給定值是 PID 運(yùn)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(yùn)算產(chǎn)生的所以在每一次 PID 運(yùn)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(dòng)方式轉(zhuǎn)變到自動(dòng)方式時(shí) 回路表中的輸出值可以
用來(lái)初始化輸出值 (有關(guān) PID 指令的方式詳見(jiàn)下面的“控制方式" 一節(jié))
如果使用積分控制積分項(xiàng)前值要根據(jù) PID 運(yùn)算結(jié)果更新這個(gè)更新了的值用作下一次 PID 運(yùn)算
的輸入當(dāng)輸出值超過(guò)范圍 (大于 1.0 或小于 0.0) 那么積分項(xiàng)前值必須根據(jù)下列公式進(jìn)行調(diào)整
MX = 1.0 - (MPn + MDn) 當(dāng)計(jì)算輸出 Mn > 1.0

[NextPage]
或
MX = - (MPn + MDn) 當(dāng)計(jì)算輸出 Mn < 0.0
其中
MX 經(jīng)過(guò)調(diào)整了的積分和 (積分項(xiàng)前值)
MPn 第 n 采樣時(shí)刻的比例項(xiàng)值
MDn 第 n 采樣時(shí)刻的微分項(xiàng)值
Mn 第 n 采樣時(shí)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(xiàng)前值也要限制在
0.0 1.0 之間然后在每次 PID 運(yùn)算結(jié)束之后把積分項(xiàng)前值寫入回路表 以備在下次 PID 運(yùn)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(xiàng)前值在實(shí)際運(yùn)用中這樣做的目的是找到由于
積分項(xiàng)前值引起的問(wèn)題手工調(diào)整積分項(xiàng)前值時(shí)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(guò)程變量的差值 ( ) 是用于 PID 運(yùn)算中的差分運(yùn)算用戶最好不要去修改此
值
控制方式
S7–200 的 PID 回路沒(méi)有設(shè)置控制方式只要 PID 塊有效就可以執(zhí)行 PID 運(yùn)算 在這種意義上
說(shuō)PID 運(yùn)算存在一種“自動(dòng)"運(yùn)行方式當(dāng) PID 運(yùn)算不被執(zhí)行時(shí)我們稱之為“手動(dòng)"方式
同計(jì)數(shù)器指令相似PID 指令有一個(gè)使能位當(dāng)該使能位檢測(cè)到一個(gè)信號(hào)的正跳變 (從 0 到 1) PID
指令執(zhí)行一系列的動(dòng)作使 PID 指令從手動(dòng)方式無(wú)擾動(dòng)地切換到自動(dòng)方式為了達(dá)到無(wú)擾動(dòng)切換
在轉(zhuǎn)變到自動(dòng)控制前必須用手動(dòng)方式把當(dāng)前輸出值填入回路表中的 Mn 欄PID 指令對(duì)回路表中
的值進(jìn)行下列動(dòng)作以保證當(dāng)使能位正跳變出現(xiàn)時(shí)從手動(dòng)方式無(wú)擾動(dòng)切換到自動(dòng)方式
l 置給定值 (SPn) 過(guò)程變量 (PVn)
l 置過(guò)量變量前值 (PVn-1) 過(guò)程變量現(xiàn)值 (PVn)
l 置積分項(xiàng)前值 (MX) 輸出值 (Mn)
PID 使能位的默認(rèn)值是 1 在 CPU 啟動(dòng)或從 STOP 方式轉(zhuǎn)到 RUN 方式時(shí)建立CPU 進(jìn)入 RUN 方
式后使 PID 塊有效沒(méi)有檢測(cè)到使能位的正跳變那么就沒(méi)有無(wú)擾動(dòng)切換的動(dòng)作
報(bào)警與特殊操作
PID 指令是執(zhí)行 PID 運(yùn)算的簡(jiǎn)單而功能強(qiáng)大的指令如果其他過(guò)程需要對(duì)回路變量進(jìn)行 報(bào)警等特
殊操作那么可以用 CPU 支持的基本指令實(shí)現(xiàn)這些特殊操作功能