三菱PLC的PID调节功能

2011-10-11 16:00:05 来源：www.auto-pn.com 浏览：63次

三菱PLC的PID调节功能

具有对信号进行比例（P）、积分（I）、微分（D）运算功能的硬件电路或软件称为PID调节器。属于闭环控制，具有智能化控制特点。

反馈信号取自拖动系统的输出端，当输出量偏离所要求的目标值时，反馈信号也随之成比例地变化。在输入端，目标信号值与反馈信号值相比较，得到一个偏差信号，对于这个偏差信号，经过PID调节，变频器改变其输出频率，迅速准确地消除偏差值，使系统回复到目标值，达到自动控制的目的。

1．PID控制系统基本组成

以PID调节器为核心组成的闭环系统，称为PID调节系统。下面我们以PID控制的恒压供水系统为例予以说明。

图4-23所示为PID调节恒压供水系统示意图。供水系统的实际压力由压力传感器将压力信号转换成电信号，反馈到PID调节器的输入端，组成闭环控制系统。

（1）目标信号

目标信号用“X_T”表示，与所要求的水泵出水压力相对应的信号。通常由变频器键盘给定。有时由于控制的需要，也可通过模拟量端子进行给定。

（2）反馈信号

变频器的控制对象是水泵出水压力。压力传感器实际测量的出水压力信号反馈到变频器中PID调节器输入端，这个出水压力信号，称为反馈信号，用“X_F”表示。

（3）偏差信号

目标信号与反馈信号相比较而得到的偏差值，称为偏差信号，也称为静差信号，用“△X”表示。

2．PID控制系统工作过程

（1）比较环节及调节过程

首先向PID调节器输入一个目标信号X_T，这个目标信号所对应的是系统给定压力Pp。压力传感器将供水系统的实际压力转换成电信号X_F反馈到PID调节器的输入端，反馈信号X_F与目标信号X_T相比较而得到偏差信号△X。

\* MERGEFORMAT （４.1）

当△X＞0时，目标信号＞反馈信号（X_T＞X_F）说明出水压力并未达到预期控制目标，变频器输出频率上升，水泵升速，提高出水压力。

当△X<0时，目标信号<反馈信号（X_T < X_F）说明水压已经超过预期控制目标，变频器输出频率下降，水泵降速，降低出水压力。

当系统的供水压力（反馈信号X_F）无限地接近目标信号值X_T时，偏差信号△X→0，此时，系统工作在相对稳定状态，这时偏差信号最小，供水基本保持恒压。但是，无论系统动态性能多么好，也不可能完全消除偏差，△X不可能为零。如果偏差信号太小，则系统反应就可能不够灵敏，为提高系统的灵敏程度，系统引入比例环节。

（2）比例环节（P）的功能

比例环节由比例放大器或软件组成，称比例调节器，放大倍数为Kp如图4-24（a）所示。很小偏差信号△X，但经过比例环节放大Kp倍后，用作变频器的频率给定信号。频率给定信号用“X_G”表示。

\* MERGEFORMAT △X (4.2)

将偏差信号放大Kp倍后，提高了系统的反应速度，可迅速回复到预期的控制目标，比较准确地调节水泵压力。但Kp的大小对控制系统是有影响的。

Kp过大，Kp△X也越大，出水压力的反馈信号X_F跟踪到目标值X_T的速度必定很快。由于系统的惯性，很容易发生X_T < X_F（△X <0）现象,这种现象称为“超调”。于是控制又向反方向调节，这样使出水压力反馈信号X_F在目标信号值X_T附近振荡，如图4-24（b）所示。

Kp过小，系统的反应迟钝，调节的速度必然放慢，系统回复到目标信号值所用时间较长。

为缓解比例环节因放大倍数过大出现的超调现象，系统引入积分（I）环节。

（3）积分环节（I）的功能

积分环节是由积分电路或软件组成。其功能是，只要调节器输入端偏差信号△X存在，积分环节的输出就会随时间不断地对其调节，直到偏差信号△X=0时为止。所以积分调节属于滞后调节。由比例环节功能可知，提高比例放大倍数Kp后，虽然提高了系统反应速度，但容易出现超调或振荡，使得水泵电动机升降速过于频繁。引入积分环节后则延长了水泵电动机的升/降速时间，抑制了因Kp过大而引起的超调和振荡。由比例环节和积分环节共同组成的调节器称比例积分（PI）调节器，如图4-24（c）所示。

（4）微分环节（D）的功能

微分环节是由微分电路或软件组成。其功能是，根据偏差信号的变化趋势（偏差信号变化率△X / t），提前给出调节动作。所以微分调节属于超前调节。当出水压力刚刚下降时，则微分环节立即检测到出水压力的下降趋势，这时偏差信号变化率△X/t很大。此时水泵电动机转速会很快增大，随着出水压力的增大，偏差信号变化率△X/t会逐渐减小，直至为零，微分作用随之消失。

如图4-24（d）所示为PID调节示意图，可以看出，经PID调节后的供水压力，既保证了系统动态响应速度，又避免了调节过程可能出现的振荡，并减小了超调，使得系统出水压力保持恒定。