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西門子PLC模塊6ES7953-8LF30-0AA0

要用好PID調(diào)節(jié)，搞清楚PID的計算公式和PID參數(shù)的意義是很有必要的。下面是PID的公式：

    式中誤差信號e(t)=SP(t)–PV(t)，M(t)是PID控制器的輸出值，Kc是控制器的增益（比例系數(shù)），Ti和Td分別是積分時間和微分時間，Minitial是M(t)的初始值，實際上是積分的初始值。

    PID公式的前3項分別與誤差、誤差的積分和誤差的導(dǎo)數(shù)成正比。

    微分、積分是高等數(shù)學(xué)的概念，建議沒有學(xué)過高等數(shù)學(xué)的網(wǎng)友至少要搞清楚微分和積分的幾何意義，這對深入理解PID參數(shù)的意義有很大的幫助。

    積分對應(yīng)于下圖中誤差曲線e(t)與坐標(biāo)軸包圍的面積（圖中的灰色部分）。PID程序是周期性執(zhí)行的，執(zhí)行PID程序的時間間隔為Ts（即PID控制的采樣周期）。我們只能使用連續(xù)的誤差曲線上間隔時間為Ts的一些離散的點的值來計算積分，因此不可能計算出準(zhǔn)確的積分值，只能對積分作近似計算。

    一般用下圖中的矩形面積之和來近似精確積分。當(dāng)Ts較小時，積分的誤差不大。

    在誤差曲線e(t)上作一條切線（見下圖），該切線與x軸正方向的夾角α的正切值tgα即為該點處誤差的一階導(dǎo)數(shù)de(t)/dt。PID控制器輸出表達式中的導(dǎo)數(shù)用下式來近似：

    de(t)/dt≈Δe(t)/Δt=[e(n)-e(n-1)]/Ts，式中e(n)是第n次采樣時的誤差值，e(n-1)是第n-1次采樣時的誤差值。

    PID調(diào)節(jié)是目前應(yīng)用泛調(diào)節(jié)控制規(guī)律，P比例、I積分、D微分控制，簡稱PID控制。

    比例控制是一種簡單的控制方式。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

    積分調(diào)節(jié)可以使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差。系統(tǒng)如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，就必須引入“積分項”。比例+積分(PI)控制可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。

    微分作用能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。。對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。

    這是摘錄的一個PID參數(shù)調(diào)整的口訣，以供大家學(xué)習(xí)參考：

    參數(shù)整定找，從小到大順序查

    先是比例后積分，后再把微分加

    曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

    曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

    曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降

    曲線波動周期長，積分時間再加長

    曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

    動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長

    理想曲線兩個波，前高后低4比1

    一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。

    這個順口溜流傳甚廣，我覺得可操作性很低（也可能是我的悟性不夠），我有很多疑問：

    “從小到大順序查“，查什么？

    一定要”先是比例后積分“嗎？直接用PI不好嗎？

    “曲線振蕩很頻繁”，是指振蕩頻率高還是振蕩次數(shù)多？

    什么是”比例度盤“？

    ”曲線漂浮繞大灣“什么意思？是指超調(diào)量大嗎？還是上升緩慢？

    ”曲線波動周期長“的周期是震蕩周期嗎？還是過度過程時間長？

    振蕩頻率和微分關(guān)系大嗎？微分的主要作用是什么？

    “理想曲線兩個波”，一個波是180度還是360度？兩個波是理想曲線，下圖的PV曲線理不理想？

    我用過S7-200和S7-200SMART的PID調(diào)節(jié)控制面板和PID參數(shù)自整定功能，被控制對象采用我編寫的子程序來模擬。被控對象的參數(shù)如下：增益為3.0，兩個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)為5s和2s。

    下面是自整定之前的曲線，超調(diào)量太大：

    下面是整定過程的曲線：

    下面是整定得到的參數(shù)的曲線：

    下面是另一組整定前的參數(shù)的曲線，過程變量PV曲線上升太慢：

    雖然整定前兩組PID參數(shù)相差很遠，兩次整定后得到PID參數(shù)差不多，使用整定得到的PID參數(shù)的曲線形狀也差不多。

    我覺得西門子的PID參數(shù)自整定是很好用的。

    要用好PID調(diào)節(jié)，搞清楚PID的計算公式和PID參數(shù)的意義是很有必要的。下面是PID的公式：

    式中誤差信號e(t)=SP(t)–PV(t)，M(t)是PID控制器的輸出值，Kc是控制器的增益（比例系數(shù)），Ti和Td分別是積分時間和微分時間，Minitial是M(t)的初始值，實際上是積分的初始值。

    PID公式的前3項分別與誤差、誤差的積分和誤差的導(dǎo)數(shù)成正比。

    微分、積分是高等數(shù)學(xué)的概念，建議沒有學(xué)過高等數(shù)學(xué)的網(wǎng)友至少要搞清楚微分和積分的幾何意義，這對深入理解PID參數(shù)的意義有很大的幫助。

    積分對應(yīng)于下圖中誤差曲線e(t)與坐標(biāo)軸包圍的面積（圖中的灰色部分）。PID程序是周期性執(zhí)行的，執(zhí)行PID程序的時間間隔為Ts（即PID控制的采樣周期）。我們只能使用連續(xù)的誤差曲線上間隔時間為Ts的一些離散的點的值來計算積分，因此不可能計算出準(zhǔn)確的積分值，只能對積分作近似計算。

    一般用下圖中的矩形面積之和來近似精確積分。當(dāng)Ts較小時，積分的誤差不大。

    在誤差曲線e(t)上作一條切線（見下圖），該切線與x軸正方向的夾角α的正切值tgα即為該點處誤差的一階導(dǎo)數(shù)de(t)/dt。PID控制器輸出表達式中的導(dǎo)數(shù)用下式來近似：

    de(t)/dt≈Δe(t)/Δt=[e(n)-e(n-1)]/Ts，式中e(n)是第n次采樣時的誤差值，e(n-1)是第n-1次采樣時的誤差值。

    1.模糊控制的關(guān)鍵點在于總結(jié)大量的實踐數(shù)據(jù)，然后做成黑匣子，看似神秘，實際都是經(jīng)驗參數(shù)！

    2.模糊控制得到的數(shù)據(jù)是基于控制設(shè)備性能不變的情況下，是較為準(zhǔn)確的。一旦使用時間長了，性能有所下降，這些經(jīng)驗參數(shù)往往就會有很大的偏頗了。

    3.即使是同樣型號的不同設(shè)備，其所處于的工藝環(huán)境，工藝流程，工藝特性的不同，其性能也會有差別，因此不能做到模糊控制中同一數(shù)據(jù)的重復(fù)性使用。

    4.模糊控制的理念是很好的，起碼是超前控制，但就目前而言，其實用性，動態(tài)性還是不如傳統(tǒng)的PID。

    5.傳統(tǒng)PID是滯后控制，在目前的大多數(shù)工藝環(huán)境下，還是可以滿足控制的需求的。

    6.基于傳統(tǒng)PID的特點，也延展了不同的控制方式，如串級調(diào)節(jié)，三沖量調(diào)節(jié)，分程調(diào)節(jié)，步進式等等。

    7.個人覺得：隨著電子，網(wǎng)絡(luò)，計算機的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)PID的滯后也會改善的更好，其動態(tài)調(diào)節(jié)特性是模糊控制所不能比擬的。

    搞清楚PID參數(shù)的物理意義，和PID參數(shù)與閉環(huán)系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系，對于指導(dǎo)我們調(diào)節(jié)PID至關(guān)重要。

    PID的控制原理可以用人對爐溫的手動控制來理解。首先看看比例部分的作用。

    搞清楚PID參數(shù)的物理意義，和PID參數(shù)與閉環(huán)系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系，對于指導(dǎo)我們調(diào)節(jié)PID至關(guān)重要。首先看看比例部分的作用。

    PID的控制原理可以用人對爐溫的手動控制來理解。操作人員用眼睛讀取數(shù)字儀表檢測到的爐溫的測量值，并與爐溫的設(shè)定值比較，得到溫度的誤差值。用手操作電位器，調(diào)節(jié)加熱的電流，使?fàn)t溫保持在設(shè)定值附近。

    操作人員知道使?fàn)t溫穩(wěn)定在設(shè)定值時電位器的位置（我們將它稱為位置L），并根據(jù)當(dāng)時的溫度誤差值調(diào)整電位器的轉(zhuǎn)角。爐溫小于設(shè)定值時，在位置L的基礎(chǔ)上順時針增大電位器的轉(zhuǎn)角，以增大加熱的電流；爐溫大于設(shè)定值時，在位置L的基礎(chǔ)上反時針減小電位器的轉(zhuǎn)角，以減小加熱的電流。令調(diào)節(jié)后的電位器轉(zhuǎn)角與位置L的差值與誤差成正比，誤差值越大，調(diào)節(jié)的角度越大。上述控制策略就是比例控制。

    閉環(huán)中存在著各種各樣的延遲作用。調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)角后，到溫度上升到新的轉(zhuǎn)角對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值時有較大的延遲。由于延遲因素的存在，調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)角后不能馬上看到調(diào)節(jié)的效果，因此閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)困難的主要原因是系統(tǒng)中的延遲作用。

    如果增益太小，調(diào)節(jié)的力度不夠，使溫度的變化緩慢，調(diào)節(jié)時間過長。如果增益過大，調(diào)節(jié)力度太強，造成調(diào)節(jié)過頭，可能使溫度忽高忽低，來回震蕩。

    如果閉環(huán)系統(tǒng)沒有積分作用，單純的比例控制有穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差與增益成反比。增益越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小，但是會使超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增加，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此單純的比例控制很難兼顧動態(tài)性能和靜態(tài)性能。

西門子PLC模塊6ES7953-8LF30-0AA0