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如何實現(xiàn)PID控制

在一些系統(tǒng)中,需要進行PID控制,如一些板卡采集系統(tǒng),甚至在一些DCS和PLC的系統(tǒng)中有時要擴充系統(tǒng)的PID控制回路,而由于系統(tǒng)硬件和回路的限制需要在計算機上增加PID控制回路。在紫金橋系統(tǒng)中,實時數(shù)據(jù)庫提供了PID控制點可以滿足PID控制的需要。

進入到實時數(shù)據(jù)庫組態(tài),新建點時選擇PID控制點。紫金橋提供的PID控制可以提供理想微分、微分先行、實際微分等多種控制方式。

進行PID控制時,可以把PID的PV連接在實際的測量值上,OP連接在PID實際的輸出值上。這樣,在實時數(shù)據(jù)庫運行時,就可以自動對其進行PID控制。

PID參數(shù)的調(diào)整:

在PID參數(shù)進行整定時如果能夠有理論的方法確定PID參數(shù)當然是最理想的方法,但是在實際的應用中,更多的是通過湊試法來確定PID的參數(shù)。

增大比例系數(shù)P一般將加快系統(tǒng)的響應,在有靜差的情況下有利于減小靜差,但是過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超調(diào),并產(chǎn)生振蕩,使穩(wěn)定性變壞。

增大積分時間I有利于減小超調(diào),減小振蕩,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加,但是系統(tǒng)靜差消除時間變長。

增大微分時間D有利于加快系統(tǒng)的響應速度,使系統(tǒng)超調(diào)量減小,穩(wěn)定性增加,但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。

在湊試時,可參考以上參數(shù)對系統(tǒng)控制過程的影響趨勢,對參數(shù)調(diào)整實行先比例、后積分,再微分的整定步驟。

首先整定比例部分。將比例參數(shù)由小變大,并觀察相應的系統(tǒng)響應,直至得到反應快、超調(diào)小的響應曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已經(jīng)小到允許范圍內(nèi),并且對響應曲線已經(jīng)滿意,則只需要比例調(diào)節(jié)器即可。

如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計要求,則必須加入積分環(huán)節(jié)。在整定時先將積分時間設(shè)定到一個比較大的值,然后將已經(jīng)調(diào)節(jié)好的比例系數(shù)略為縮小(一般縮小為原值的0.8),然后減小積分時間,使得系統(tǒng)在保持良好動態(tài)性能的情況下,靜差得到消除。在此過程中,可根據(jù)系統(tǒng)的響應曲線的好壞反復改變比例系數(shù)和積分時間,以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù)。

如果在上述調(diào)整過程中對系統(tǒng)的動態(tài)過程反復調(diào)整還不能得到滿意的結(jié)果,則可以加入微分環(huán)節(jié)。首先把微分時間D設(shè)置為0,在上述基礎(chǔ)上逐漸增加微分時間,同時相應的改變比例系數(shù)和積分時間,逐步湊試,直至得到滿意的調(diào)節(jié)效果。

PID控制回路的運行:

在PID控制回路投入運行時,首先可以把它設(shè)置在手動狀態(tài)下,這時設(shè)定值會自動跟蹤測量值,當系統(tǒng)達到一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)后,再把它切換到自動狀態(tài)下,這樣可以避免系統(tǒng)頻繁動作而導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

復雜回路的控制:

前饋控制系統(tǒng):

通常的反饋控制系統(tǒng)中,對干擾造成一定后果,才能反饋過來產(chǎn)生抑制干擾的控制作用,因而產(chǎn)生滯后控制的不良后果。為了克服這種滯后的不良控制,用計算機接受干擾信號后,在還沒有產(chǎn)生后果之前插入一個前饋控制作用,使其剛好在干擾點上完全抵消干擾對控制變量的影響,因而又得名為擾動補償控制。

在紫金橋的控制系統(tǒng)中,可以把前饋控制計算的結(jié)果作為PID控制的輸出補償量OCV,并采用加補償,這樣就形成了一個前饋控制系統(tǒng)了。

 

純延遲補償控制:

在實際的控制過程中,由于執(zhí)行機構(gòu)和測量裝置的延遲,系統(tǒng)有可能是一個純滯后過程,如對于溫度的控制其延遲時間可能多達10多分鐘。這種滯后性質(zhì)常引起被控對象產(chǎn)生超調(diào)或振蕩,造成系統(tǒng)不容易達到穩(wěn)定過程。因此,可以在控制過程中并聯(lián)一個補償環(huán)節(jié),用來補償被控制對象中的滯后部分,這樣可以使系統(tǒng)快速達到穩(wěn)定過程。

純滯后控制系統(tǒng)是把滯后補償?shù)慕Y(jié)果作為PID控制器的輸入補償量ICV,并作為輸入補償?shù)臏p補償。這樣就構(gòu)成了一個純滯后的SMITH預測控制回路。

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