电气控制与三菱FX5U PLC应用技术第8章 三菱FX5U PLC高速计数器及其应用_转自PPT.pptxVIP

第9章 三菱FX5U PLC过程控制及其应用9.1 PID控制原理简介9.2 PID的算法概述9.3 三菱FX5U PLC对电炉进行温度控制 9.1 PID控制原理简介 在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（也称PID调节器）是应用最广泛的一种自动控制器。它具有原理简单、易于实现、适用面广、控制参数相互独立、参数选定比较简单、调整方便等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象——“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（如可为PI调节、PD调节等）。长期以来，PID 控制器被广大科技人员及现场操作人员所采用，并积累了大量的经验。 9.1 PID控制原理简介 1.比例（P）控制 比例控制是一种最简单、最常用的控制方式，如放大器、减速器和弹簧等。比例控制器能立即成比例地响应输入的变化量。但仅有比例控制时，系统输出存在稳态误差（steady-state error）。 9.1 PID控制原理简介2.积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出量是输入量对时间的积累。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（system with steady-state error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差的运算取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。所以即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大，使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，采用比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 9.1 PID控制原理简介3.微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳，其原因是存在较大的惯性组件（环节）或滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。 9.1 PID控制原理简介4.闭环控制系统特点 控制系统一般包括开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统（open-loopcontrol system）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器（controller）的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控制量返送回来以形成任何闭环回路。闭环控制系统（closed-loop control system）的特点是：系统被控对象的输出（被控制量）会返送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（negative feedback）；若极性相同，则称为正反馈。一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。可见，闭环控制系统性能远优于开环控制系统。 9.2 PID的算法概述1. PID控制系统原理如下图所示： 9.2 PID的算法概述 2.PID的算法的解读：（1）比例增益动作①在比例环节中，PID的运算结果M(t)（也称为操作值，即控制输出值，MV值）与偏差成正比（设定值与测量值的差）。②当比例增益Kp减小时， M(t)减少，控制动作变慢。③当比例增益Kp增加时， M(t)增加，控制动作变快，但容易发生振荡。Kp在参数调整时，效果最为显著，不同Kp数值对测量值和输出值的影响如下图所示。 9.2 PID的算法概述（2）积分动作①积分动作是指，存在偏差时，连缘地变化PID的运算结果M(t)（操作值）以消除偏差的动作。该动作可消除比例动作中产生的偏置。②偏差产生后，积分动作的M (t)达到比例动作的M (t)所需的时间称为积分时间。积分时间以TI表示。③积分时间以TI减少，积分效果增大且消除偏置所用时间变短，但是易发生振荡。积分时间以TI增加，积分效果减小，消除偏置所用时间变长。④积分动作常与比例动作组合使用（PI动作）或与比例及微分动作组合使用（PID动作），积分动作不能独立使用。不同TI数值对测量值和输出值的影响如下图所示。 9.2 PID的算法概述（3）微分动作①微分动作是指，产生偏差时，将与偏差随时间的变化率成比例的M(t)（操作值）施加到偏差中以消除偏差的动作。本动作可防止由外部干扰等导致控制目标发生大的波动。②偏差产生后，微分动作的M (t)达到比例动作的M (t)所需的时间称为微分时间。微分时间以TD表示。③当微分时间TD变短时，微分效果减小。当微分时间TD变长时，微分效果增加，但容易