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PID控制的效果就是看反馈(也就是控制对象)是否跟随设定值(给定),是否响应快速、稳定,是否能够抑制闭环中的各种扰动而回复稳定。 要衡量PID参数是否合适,必须能够连续观察反馈对于给定变化的响应曲线;而实际上PID的参数也是通过观察反馈波形而调试的。因此,没有能够观察反馈的连续变化波形曲线的有效手段,就谈不上调试PID参数。
新版编程软件STEP 7-Micro/WIN SMART内置了一个PID调试控制面板工具,具有图形化的给定、反馈、调节器输出波形显示,可以用于手动调试PID参数。对于没有“自整定PID”功能的老版CPU,也能实现PID手动调节。 PID参数的取值,以及它们之间的配合,对PID控制是否稳定具有重要的意义。这些主要参数是:
采样时间:
计算机必须按照一定的时间间隔对反馈进行采样,才能进行PID控制的计算。采样时间就是对反馈进行采样的间隔。短于采样时间间隔的信号变化是不能测量到的。过短的采样时间没有必要,过长的采样间隔显然不能满足扰动变化比较快、或者速度响应要求高的场合。
编程时指定的PID控制器采样时间必须与实际的采样时间一致。S7-200 SMART中PID的采样时间精度用定时中断(PID向导用SMB34)来保证。
增益(Gain,放大系数,比例常数)
增益与偏差(给定与反馈的差值)的乘积作为控制器输出中的比例部分。提高响应速度,减少误差,但不能消除稳态误差,当比例作用过大时,系统的稳定性下降。
积分时间(Integral Time)
偏差值恒定时,积分时间决定了控制器输出的变化速率。积分时间越短,偏差得到的修正越快。过短的积分时间有可能造成不稳定。
积分时间的长度相当于在阶跃给定下,增益为“1”的时候,输出的变化量与偏差值相等所需要的时间,也就是输出变化到二倍于初始阶跃偏差的时间。
如果将积分时间设为最大值,则相当于没有积分作用。
微分时间(Derivative Time)
偏差值发生改变时,微分作用将增加一个尖峰到输出中,随着时间流逝减小。微分时间越长,输出的变化越大。微分使控制对扰动的敏感度增加,也就是偏差的变化率越大,微分控制作用越强。微分相当于对反馈变化趋势的预测性调整。
如果将微分时间设置为0就不起作用,控制器将作为PI调节器工作。
比例调节
提高响应速度,减少误差,但不能消除稳态误差,当比例作用过大时,系统的稳定性下降。 (由小到大单独调节)
积分调节
消除稳态误差,使系统的动态响应变慢,积分时间越小,积分作用越大 ,偏差得到的修正越快,过短的积分时间有可能造成不稳定。(将调好的比例增益调整到50%~80%后,由大到小减小积分时间)
微分调节
超前调节,能预测误差变化的趋势,提前抑制误差的控制作用,从而避免了被控量的严重超调。可以改善系统的响应速度和稳定性,对噪声干扰有放大作用,对具有滞后性质的被控对象,应加入微分环节。
《S7-200 SMART PID功能》
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