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 应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨

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楼主    2013-03-06 15:39:46
主题:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
PID(比例积分微分)英文全称为Proportion Integration Differentiation,它是一个数学物理术语。
目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器 (仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,而西门子的产品中也会有很多PID的产品,而且各个系列的产品中也都有PID调节的硬件或者软件,那么,这些PID调节工具应该如何使用,或者在使用过程中应该如何进一步的优化,有哪些注意事项,相信大家都有自己的应用经验,在这里,我们希望能够通过开设本次话题的讨论,帮助新入门的工程师尽快的熟悉和了解西门子的PID调节,另外,也希望借此机会,能够让有经验的工程师更多分享各自的经验,互相学习,共同提高!

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Automann
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2楼    2013-03-07 09:12:57
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
要用好PID调节,搞清楚PID的计算公式和PID参数的意义是很有必要的。下面是PID的公式:



式中误差信号e(t) = SP(t) – PV(t),M(t)是PID控制器的输出值,Kc是控制器的增益(比例系数),Ti和Td分别是积分时间和微分时间,Minitial是M(t)的初始值,实际上是积分的初始值。
PID公式的前3项分别与误差、误差的积分和误差的导数成正比。
微分、积分是高等数学的概念,建议没有学过高等数学的网友至少要搞清楚微分和积分的几何意义,这对深入理解PID参数的意义有很大的帮助。
积分对应于下图中误差曲线e(t) 与坐标轴包围的面积(图中的灰色部分)。PID程序是周期性执行的,执行PID程序的时间间隔为Ts(即PID控制的采样周期)。我们只能使用连续的误差曲线上间隔时间为Ts的一些离散的点的值来计算积分,因此不可能计算出准确的积分值,只能对积分作近似计算。
一般用下图中的矩形面积之和来近似精确积分。当Ts较小时,积分的误差不大。



在误差曲线e(t)上作一条切线(见下图),该切线与x轴正方向的夹角α的正切值tgα即为该点处误差的一阶导数de(t)/dt。PID控制器输出表达式中的导数用下式来近似:
de(t)/ dt ≈ Δe(t)/Δt = [e(n) - e(n-1)]/Ts,式中e(n)是第n次采样时的误差值,e(n-1)是第n-1次采样时的误差值。


追求完美
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5楼    2013-03-07 12:35:27
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
quote:以下是引用HITIAR在2013-03-07 09:32:21的发言:
PID调节是目前应用最广泛调节控制规律,P比例、I积分、D微分控制,简称PID控制。
比例控制是一种最简单的控制方式。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节可以使系统消除稳态误差。系统如果在进入稳态后存在稳态误差,就必须引入“积分项”。比例+积分(PI)控制可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分作用能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。。对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制能改善系统在调节过程中的动态特性。
这是摘录的一个PID参数调整的口诀,以供大家学习参考:
参数整定找最佳,从小到大顺序查
先是比例后积分,最后再把微分加
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢,积分时间往下降
曲线波动周期长,积分时间再加长
曲线振荡频率快,先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波,前高后低4比1
一看二调多分析,调节质量不会低。
本文仅起到抛砖引玉的目的,望大家给予指正。

这个顺口溜流传甚广,我觉得可操作性很低(也可能是我的悟性不够),我有很多疑问:
“从小到大顺序查“,查什么?
一定要”先是比例后积分“吗?直接用PI不好吗?
“曲线振荡很频繁”,是指振荡频率高还是振荡次数多?
什么是”比例度盘“?
”曲线漂浮绕大湾“什么意思?是指超调量大吗?还是上升缓慢?
”曲线波动周期长“的周期是震荡周期吗?还是过度过程时间长?
振荡频率和微分关系大吗?微分的主要作用是什么?
“理想曲线两个波”,一个波是180度还是360度?两个波是理想曲线,下图的PV曲线理不理想?



希望能得到高手指点。
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8楼    2013-03-07 13:09:51
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
quote:以下是引用sqzth在2013-03-07 12:46:50的发言:
西门子好像还有一个 PID参数自整定的软件,也希望有用过的分享一下经验;

我用过S7-200和S7-200 SMART的PID调节控制面板和PID参数自整定功能,被控制对象采用我编写的子程序来模拟。被控对象的参数如下:增益为3.0,两个惯性环节的时间常数为5s和2s。
下面是自整定之前的曲线,超调量太大:



下面是整定过程的曲线:



下面是整定得到的参数的曲线:



下面是另一组整定前的参数的曲线,过程变量PV曲线上升太慢:



虽然整定前两组PID参数相差很远,两次整定后得到PID参数差不多,使用整定得到的PID参数的曲线形状也差不多。
我觉得西门子的PID参数自整定是很好用的。
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14楼    2013-03-08 09:36:01
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
quote:以下是引用Automann在2013-03-07 12:48:24的发言:
quote:以下是引用casparxie在2013-03-07 10:25:21的发言:
PID模糊控制大家有何见解,还有无扰切换

模糊控制的基本思想是总结操作人员的操作经验,用表格的方法实现非线性控制。模糊控制的精度差,稳态误差大,一般还需要和PID结合来减小误差。
有很多人(大量的杂志上的文章)实际上并不是这样做的,他们的模糊控制是建立在书上现成的模糊控制表或曲线的。
我不太看好模糊控制的实用性,现在实际使用的闭环控制绝大多数还是PID。

赞同!
1.模糊控制的关键点在于总结大量的实践数据,然后做成黑匣子,看似神秘,实际都是经验参数!
2.模糊控制得到的数据是基于控制设备性能不变的情况下,是较为准确的。一旦使用时间长了,性能有所下降,这些经验参数往往就会有很大的偏颇了。
3.即使是同样型号的不同设备,其所处于的工艺环境,工艺流程,工艺特性的不同,其性能也会有差别,因此不能做到模糊控制中同一数据的重复性使用。
4.模糊控制的理念是很好的,最起码是超前控制,但就目前而言,其实用性,动态性还是不如传统的PID。
5.传统PID是滞后控制,在目前的大多数工艺环境下,还是可以满足控制的需求的。
6.基于传统PID的特点,也延展了不同的控制方式,如串级调节,三冲量调节,分程调节,步进式等等。
7.个人觉得:随着电子,网络,计算机的飞速发展,传统PID的滞后也会改善的更好,其动态调节特性是模糊控制所不能比拟的。

-------个人言论,欢迎拍砖。
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20楼    2013-03-11 16:50:12
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
搞清楚PID参数的物理意义,和PID参数与闭环系统性能指标的关系,对于指导我们调节PID至关重要。
PID的控制原理可以用人对炉温的手动控制来理解。首先看看比例部分的作用。

搞清楚PID参数的物理意义,和PID参数与闭环系统性能指标的关系,对于指导我们调节PID至关重要。首先看看比例部分的作用。
PID的控制原理可以用人对炉温的手动控制来理解。操作人员用眼睛读取数字仪表检测到的炉温的测量值,并与炉温的设定值比较,得到温度的误差值。用手操作电位器,调节加热的电流,使炉温保持在设定值附近。
操作人员知道使炉温稳定在设定值时电位器的位置(我们将它称为位置L),并根据当时的温度误差值调整电位器的转角。炉温小于设定值时,在位置L的基础上顺时针增大电位器的转角,以增大加热的电流;炉温大于设定值时,在位置L的基础上反时针减小电位器的转角,以减小加热的电流。令调节后的电位器转角与位置L的差值与误差成正比,误差绝对值越大,调节的角度越大。上述控制策略就是比例控制。
闭环中存在着各种各样的延迟作用。调节电位器转角后,到温度上升到新的转角对应的稳态值时有较大的延迟。由于延迟因素的存在,调节电位器转角后不能马上看到调节的效果,因此闭环控制系统调节困难的主要原因是系统中的延迟作用。
如果增益太小,调节的力度不够,使温度的变化缓慢,调节时间过长。如果增益过大,调节力度太强,造成调节过头,可能使温度忽高忽低,来回震荡。
如果闭环系统没有积分作用,单纯的比例控制有稳态误差,稳态误差与增益成反比。增益越大,稳态误差越小,但是会使超调量增大,振荡次数增加,甚至会使闭环系统不稳定。因此单纯的比例控制很难兼顾动态性能和静态性能。
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21楼    2013-03-11 21:31:53
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其实往往年轻人对PID有个误解:就是PID调节是万能的,只要参数设置正确,任何的大小的误差都可以通过PID自动快速的调节。但实践告诉我们,这个理解不够准确。
1.在我们使用PID调节的时候,我们往往会碰到被调量也就是PV值会受到多个因素的影响。
最典型的就是汽包水位三冲量调节。汽包水位是我们要调节的被调量,但在汽包内的水受到高温,高压的影响,同时生成的蒸汽会产生虚拟水位,带来水位测量的不准确;而且水位也是受到给水流量的影响。因此在一个复杂的过程回路里,我们要使用的就不是简单的1个PID的单回路调节了。而是要引入2个PID进行串接调节,同时将蒸汽流量作为前馈来动态补偿PID调节。
其实对于汽包水位的测量,往往我们采用的是差压法,而水的特性使得不同温度,不同压力下密度的变化。为了更加准确的通过差压运算出较为准确的水位,我们要根据焓熵表,动态的填写水的密度,保证水位测量运算过程中的相对准确。
综上所述,PID调节的准确性,实效性跟测量方法,运算方法以及控制方法有着必然的联系。

2.对于在测量,运算和控制方法确定的前提下,如果偏差过大,及ER=SP-PV过大,如果还是一味的通过PID自动调节,不但起不到应有的效果,而且参数设置也存在着较大的误差,严重情况下还会影响安全。
例如在电厂中的炉膛负压调节。如果在ER过大的情况下,还坚持使用PID自动调节的话,炉膛负压的调节作用失效,会导致炉膛负压过大,严重会使得炉膛爆炸,影响人身安全和生产安全。
因此在面对这些重要的,且极端的情况下,我们要将PID闭环回路切到手动,由人为干预,保证安全。也就是我们常说的超驰控制。当ER在一个合理的范围内后,再将PID切换到自动模式,进行微调。
因此,PID在一个合理的范围内,起到的作用是微调。但ER偏差过大,微调的作用就不明显了,因此要切换到手动模式,进行粗调。
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22楼    2013-03-11 21:46:47
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
对于PID调节中,往往我们关注点都在P,I,D参数上。但我们不要忘记对于PV,SP以及死区等参数的处理。
1.PV,SP的处理。
对于PV,SP这些参数,可能有些人认为不需要任何处理,直接引入闭环回路即可。但实践中我们会发现,往往不经过处理的SP和PV,可能会在短时间有较大的变化,导致ER变化较大,同时调节回路的输出,如调节阀门或变频器的变化过大,使得阀门或变频器,尤其是调节阀门抖动过大,影响设备的机械寿命。因此我们可以对PV,SP进行一阶惯性环节的处理,或者斜坡处理,减缓SP,PV变化过大带来的影响。

2。死区的处理
对于死区的处理,有些人会觉得作用不大。但实践告诉我们,死区的设置也是十分必要的。因PID调解的模拟量或连续变化的数字量,对于模拟量或连续变化的数字量的最大特点就是数值的抖动性。例如阀门期望开度是50%,但我们经过调解后,阀门的开度可能是49%,或者51%,如果不引入死区,那么阀门就会在这两者之间频繁的抖动,对于阀门的特性和机械性能会有较大的影响,会影响其使用寿命。那么如果引入死区,我们认为在50%的+/- 1%范围内认为 ER没有变化,那么PID就不会进行调节,阀门就不再运动了。当然死区的设置有效性也要根据具体的控制回路。
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33楼    2013-03-14 07:43:11
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再谈谈积分的物理意义。
我们一般希望闭环控制没有稳态误差,即稳态时给定值SP等于过程变量PV。由理论分析可知,闭环系统没有积分作用时,单纯的比例控制有稳态误差,稳态误差与增益成反比。增益增大,稳态误差减小,但是超调量增大,振荡次数增加,调节时间加长,增益过大甚至会使闭环系统不稳定。
我前面的帖子讲过,精确的积分对应于下图中误差曲线e(t) 与坐标轴包围的面积(图中的灰色部分)。
一般用下图中的矩形面积之和来近似精确积分。



每次PID运算时,积分运算是在原来的积分值的基础上,增加一个与当前的误差值成正比的微小部分。误差为正时,积分项增大。误差为负时,积分项减小。
在温度手动控制中,积分控制相当于根据当时的误差值,每个采样周期都要微调电位器的角度。温度低于设定值时误差为正,积分项增大,使加热电流增加;反之积分项减小。因此只要误差不为零,控制器的输出就会因为积分作用而不断变化。积分这种微调的“大方向”是正确的,只要误差不为零,积分项就会向减小误差的方向变化。在误差很小的时候,比例部分和微分部分的作用几乎可以忽略不计,但是积分项仍然不断变化,用“水滴石穿”的力量,使误差趋近于零。
在系统处于稳定状态时,误差恒为零,比例部分和微分部分均为零,积分部分不再变化,并且刚好等于稳态时需要的控制器的输出值,电位器转角的位置恰到好处。因此积分部分的作用是消除稳态误差。在纯比例控制的基础上增加积分控制,被控量最终等于设定值,稳态误差被消除。
积分由当前误差值和过去的历次误差值累加而成,因此积分的运算过程具有严重的滞后特性,对系统的稳定性不利。所以不能单独使用积分控制,而是采用PI或PID控制。
积分时间的调试方法:
因为积分时间TI在PID式的积分项的分母中,TI越小,积分项变化的速度越快,积分作用越强。增大积分作用(即减小TI),系统的稳定性变差,超调量增大。减小积分作用(即增大TI),会减小超调量,但是系统消除误差的速度会减慢
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36楼    2013-03-14 09:42:35
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quote:以下是引用小釉在2013-03-14 09:11:59的发言:
pid是不是对于线性系统控制比较方便。如果是非线性系统就不是很理想
比如变频器是线性系统,用pid做定位还可以。但是如果是液压轴的话,电压和速度非线性,感觉用pid就不是很理想。
想请教一下给位,非线性系统用pid合适吗?


PID调节和线性,非线性没有关系。其实在我们的实际生活中,线性都是一种理想状态!
PID调节的是偏差ER,也就是SP与PV之间的差。理论上,是要将SP与PV之间的差值调整为0.
目标也不是实现阀门动作,PV随着线性变化。而是阀门动作,PV值按照SP的意图快速,稳定的变化,即不超调,也不欠调。
实际调整过程中,快速和稳定又是一个相互制约,相互矛盾的两个要求,因此如何使得快速和稳定达到一个平衡点,才是最终我们要实现的目标。
PID的调整就好比行驶在多段上坡下坡的马路上一样。如果上坡和下坡之间的距离太近(比例大,积分短),我们会感觉震荡太大;如果我们长时间的行驶在上坡过程中(比例小,积分大),又会觉得很累;我们最希望的是在经过一路颠簸之后,不远的前方就是平坦大道。
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42楼    2013-03-14 21:59:49
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
谈谈微分的物理意义。
微分的主要作用是减小超调量,它为什么可以减小超调量呢?微分项与误差的变化速率de(t)/dt成正比,误差变化越快,微分项的绝对值越大。微分项的符号反映了误差变化的方向。在下图的A点和B点之间、C点和D点之间,误差不断减小,微分项为负;在B点和C点之间,误差不断增大,微分项为正。控制器输出量的微分部分反映了被控量变化的趋势。
有经验的操作人员在温度上升过快,但是尚未达到设定值时,根据温度变化的趋势,预感到温度将会超过设定值,出现超调。于是调节电位器的转角,提前减小加热的电流,以减小超调量。
在下图启动过程的上升阶段(A点到E点),被控量尚未超过其稳态值,超调还没有出现。但是因为被控量不断增大,误差e(t)不断减小,控制器输出量的微分分量为负,使控制器的输出量减小,相当于减小了温度控制系统加热的功率,提前给出了制动作用,以阻止温度上升过快,所以可以减少超调量。因此微分控制具有超前和预测的特性,在温度尚未超过稳态值之前,根据被控量变化的趋势,微分作用就能提前采取措施,以减小超调量。
微分时间TD与微分作用的强弱成正比,TD越大,微分作用越强。如果微分作用太强(TD太大),提前制动过度,将会使响应曲线变化迟缓,超调量反而可能增大。综上所述,微分控制作用的强度应适当,太弱则作用不大,过强则有负面作用。如果将微分时间设置为0,微分部分将不起作用。


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53楼    2013-03-16 10:38:13
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
采样周期的确定原则
采样周期是调用执行PID功能块的中断程序的时间间隔。采样周期应足够小,保证连接采样时PV曲线上离散的点得到的折线能比较准确地复现PV曲线的特征。举一个比较极端的例子,如果下图使用的采样周期等于PV曲线的振荡周期的一半或者更大,两次采样之间PV曲线的变化信息完全丢失了,按照这样的采样值计算出来的积分和微分的近似值与准确的积分值和微分值相差十万八千里。
如果采样周期足够小,例如等于PV曲线振荡周期的1/20,计算出现的积分和微分的近似值就相当准确了。
采样周期也没有必要太小,太小了会增加CPU的负担,也没有什么意义。


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58楼    2013-03-16 21:53:06
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
我们在设计PID回路调节的时候,不知道大家考虑到另外一个问题:PV测量值和MV被控对象的准确性。PV测量值的准确性,是保证ER的真实性;被控设备(如调节阀或变频器等)的准确性是保证PID调整的可控性。最终达到PID调节的有效性。
对于如上的考虑,我想到以下几点:
1。PV测量值的测量方法,如流量,液位,压力等被控量采用的测量仪表的工作原理。
2。PV测量值的动态特性,例如受温度,压力等的影响;如,对于流量的控制,我们往往要采用温度,压力的补偿。
3.PV测量仪表的安装点的选择。
如,测量仪表安装位置是一个多介质混合管路的交叉点附近,测量的准确性就会受影响。
如,母管制的电厂,对于燃料量的自动控制,母管压力采样点的选择是一个非常重要的因素。
如,重要调节回路,是否需要多点测量值。
4.如调节阀门如果本身的可控性较差,那么PID调节就失去意义了。
5.被控设备的控制方法。一般来讲变频器的控制较调节阀门,调节挡板门可控性更好。举个简单的例子:在电厂的炉膛负压调节中,有些使用定速电机+调节挡板的方法,有些使用变频电机的方法;比较起来,变频控制的方案效果较好。
6.工艺设计的合理性。


对于测量方法和被控设备的准确性,有些问题是可以通过算法,通过软件来进行弥补。但有些“硬伤”,是无法通过软件,算法功能来实现的。
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75楼    2013-03-20 14:14:09
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quote:以下是引用Automann在2013-03-17 22:57:23的发言:
前面我已经讲过比例、积分和微分控制作用的物理意义。可能给人的印象它们都是天使,只要使用了PID控制,系统的性能一定完美无缺。事实并非如此,量变引起质变,如果P、I、D参数设置不当,天使也会变为魔鬼。
以调节洗澡水的温度为例,我们用皮肤检测水的温度,并计算出温度误差,人的大脑是闭环控制器。假设水温偏低,往热水增大的方向调节阀门后,因为从阀门到出水口有一段距离,需要经过一定的时间延迟,才能感觉到水温的变化。如果没有滞后,调节阀门后马上就能感觉到水温的变化,那就很好调节了。
假设按照比例控制来调节阀门,如果比例系数太大,每次调节阀门的角度太大,调节过头,将会造成水温忽高忽低,来回震荡。如果比例系数太小,每次调节阀门的角度太小,虽然不会调节过头(没有超调),但是温度的变化太慢。
积分作用也有类似的问题,如果积分时间太小,积分作用太强(即积分项的系数太大),相当于比例系数太大,也有调节过头的问题。积分项由当前误差值和过去的历次误差值累加而成。因此积分本身具有严重的滞后特性,对系统的稳定性不利。积分作用太强会使超调量增大。积分作用太弱,消除误差太慢。
微分根据过程变量变化的趋势来控制,具有超前和预测的特性。在温度上升尚未达到稳态值时,提前给出了制动作用,可以减少超调量。微分的本质是阻碍过程变量的变化。微分时间过大,微分作用过强,制动过度,将会使过程变量变化迟缓,超调量反而会增大。

根据P、I、D参数的物理意义和调试PID参数的实践,可以总结出下述调节PID参数的规则
首先可以采用PI控制器。为了保证系统的安全,避免在首次投运时出现系统不稳定或超调量过大的异常情况,在调试开始时应设置比较保守的参数,增益不要太大,积分时间不要太小。给系统输入一个阶跃给定信号,观察系统输出量的波形。
1)如果超调量大,振荡次数多,应增大积分时间(减小积分作用),减小增益。
2)如果阶跃响应没有超调量,但是被控量上升过于缓慢,过渡过程时间太长,应按相反的方向调整上述参数。
3)如果消除误差的速度较慢,应适当减小积分时间,增强积分作用。
4)反复调节增益和积分时间,如果超调量仍然较大,可以加入微分作用,即采用PID控制。微分时间TD从0逐渐增大,反复调节3个参数,直到满足要求。
5)如果响应曲线第一次到达稳态值的上升时间较长,可以适当增大增益。如果因此使超调量增大,可以通过增大积分时间和微分作用来补偿。
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吉林-xyy
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86楼    2013-03-21 21:03:56
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首先应当充分认识到在实际控制中“积分饱和”和“微分饱和”对调节带来的危害:当偏差无法被纠正时积分项不断累加,积分项作用过大。积分饱和有很大的危害,会导致执行机构不能按PID的输出动作,产生较大偏差,使超调量增大甚至震荡。
对于定值调节(PID设定值不变)或非定值调节,避免“积分饱和”与“微分饱和”都有非常成熟的理论,可以参阅北航出版社的《单片微机测控系统设计大全》。比如:
为避免积分饱和,可以采用“积分分离法”或“变速积分法”。
积分分离法:把积分项乘一个系数N,当偏差绝对值e>B时,N=0;当偏差绝对值e<=B时,N=1。这种方法以e=B为界改变积分项计算方法,是所谓“开关”控制,N是突变的。
变速积分法:把积分项乘一个系数N,当偏差绝对值e>B2时,N=0;当B1<偏差绝对值e<=B2时,N=(B2-e)/(B2-B1);当偏差绝对值e小于B1时,N=1。由于这种方法设置了一个偏差缓冲带,N是缓变的。
FB41有个bool型的INT_HOLD参数,就是要你判断什么时候让积分项“保持”不再累加,可以近似看作积分分离法。
为避免微分饱和,可以采用不完全微分法。FB41没有对应功能。
Automann
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110楼    2013-03-26 15:30:29
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quote:以下是引用BJ3333在2013-03-26 14:50:51的发言:
如果不在OB35里调用FB41, 而是在OB1里调用FB41, 会有什么问题吗?为什么?

PID功能块(例如FB41)的核心是一个计算比例、积分、微分的程序。输入量是误差,输出量是误差的比例、积分、微分三部分之和。除了增益、积分时间和微分时间,PID功能块还有一个很重要的参数——采样周期。它是调用PID程序的时间间隔。计算机和PLC对积分和微分的计算是近似的,用矩形面积(误差乘以采样周期)之和来近似积分,用前后两次误差的差值与采样周期的比值来近似微分。从近似公式可知PID运算与采样周期有很大的关系。采样周期越小,积分、微分的计算误差越小。但是采样周期也不宜过小,例如大惯性的温度控制的采样周期可能长达数十秒。
如果将PID程序放在OB1,执行PID程序的时间间隔(采样周期)等于PLC的扫描循环周期,这样带来两个问题:
1)PLC的扫描循环周期大致只有几ms到几十ms,对于要求很长的采样周期的系统,PID计算的频率太快,不必要地加重了CPU的负担,还使PLC的扫描循环周期增大,响应变慢。对于温度这类缓慢变化的物理量,前后两次计算的误差的差值极小,可能小于误差的波动值,导致微分计算失败。
2)PLC的扫描循环周期是波动的,它与是否调用中断OB和执行跳转指令的情况有关,在CPU的模块信息可以看到最大、最小和上一次的扫描周期。如果将PID程序放在OB1,由PID计算公式可知会产生积分、微分计算的误差。
如果将PID控制的功能块放在OB35,上述问题迎刃而解。OB35可以保证调用PID程序的时间间隔的精度,还可以方便地调节PID的采样周期。
追求完美
吉林-xyy
游侠

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121楼    2013-04-02 22:54:55
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
别的PID块没用过,就FB41和FB58来说最大的缺陷在于PID输出没有回读功能。这将影响PID块在串级调节下的使用。
在组成串级调节时通常先调试副环,调节副环时主环应处于手动模式。当副环稳定后转为自动模式接受外部给定(FB41和FB58没有串级模式)。这时主环的OP直接送到副环的SP,麻烦来了,也许这时主环的OP还是0呢。即便不是0,切换的时刻也会引起系统大的扰动。
FB41不具备无扰切换的能力,它的MAN参数是个死数,PID打自动时它不会跟随LMN一起变化。但反过来,由手动调节转为自动时,PID可以从MAN值开始调整LMN的输出。于是,我们可以先不把主环的OP送给副环的SP,把副环作为一个单回路来调试,等副环稳定后,把副环的SP手动输入给主环的MAN,然后再把主环的OP输出给副环的SP。如此大费周章,总算可以调试了。
可是我不禁要问,西门子的工程师从来不用FB41做串级吗?如果借鉴一下别的系统,把LMN改为输入/输出类型,当主环处于手动模式时,LMN自动接受“回读”副环的SP。另外,再为FB41增加PV跟踪的功能,就是当PID处于手动调节时,SP自动跟随PV值。这样当副环调节稳定后,就可以直接把主环打为自动了,切换时系统不会有任何扰动。
说了这么多还是咱学得不够、方法不当,也许做串级调节时要另起炉灶用别的PID块也未可知呢。

前面有同仁详细地讲了气包液位三冲量,它就是串级+前馈。能详细说下您是如何调试这个三冲量的吗?
凌波微步
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122楼    2013-04-03 12:50:33
精华帖  主题:回复:应用探讨——西门子PID调节应用及技巧探讨
quote:以下是引用荒漠旅人在2013-04-02 22:54:55的发言:
别的PID块没用过,就FB41和FB58来说最大的缺陷在于PID输出没有回读功能。这将影响PID块在串级调节下的使用。
在组成串级调节时通常先调试副环,调节副环时主环应处于手动模式。当副环稳定后转为自动模式接受外部给定(FB41和FB58没有串级模式)。这时主环的OP直接送到副环的SP,麻烦来了,也许这时主环的OP还是0呢。即便不是0,切换的时刻也会引起系统大的扰动。
FB41不具备无扰切换的能力,它的MAN参数是个死数,PID打自动时它不会跟随LMN一起变化。但反过来,由手动调节转为自动时,PID可以从MAN值开始调整LMN的输出。于是,我们可以先不把主环的OP送给副环的SP,把副环作为一个单回路来调试,等副环稳定后,把副环的SP手动输入给主环的MAN,然后再把主环的OP输出给副环的SP。如此大费周章,总算可以调试了。
可是我不禁要问,西门子的工程师从来不用FB41做串级吗?如果借鉴一下别的系统,把LMN改为输入/输出类型,当主环处于手动模式时,LMN自动接受“回读”副环的SP。另外,再为FB41增加PV跟踪的功能,就是当PID处于手动调节时,SP自动跟随PV值。这样当副环调节稳定后,就可以直接把主环打为自动了,切换时系统不会有任何扰动。
说了这么多还是咱学得不够、方法不当,也许做串级调节时要另起炉灶用别的PID块也未可知呢。

前面有同仁详细地讲了气包液位三冲量,它就是串级+前馈。能详细说下您是如何调试这个三冲量的吗?

FB61(PCS7中的功能块)具有以上你提到的功能。但在PLC中,FB41确实没有这个功能,只能通过添加程序来实现。
汽包水位三冲量的三个量的关键是要确保测量数据的准确性,一旦确定后,就不需要去调试了。对于PID调节,当PV值测量准确后,需要调整的就是PID的相应参数了。如何保证测量值的准确性,动态性是一个关键点,如果连测量值的准确性都保证不了,PID的调节就没有意义了。例如汽包水位要根据测量仪表的方法来确定,一般都是采取差压测量方式。如何减少虚假水位,如何计算差压,如何计算水在不同温度和压力下的密度,如何保证动态性是非常关键的。再例如给水流量是否需要加入温度和压力的补偿?是否需要开方?是否需要小流量切除等。
不以物喜,不以己悲; 达则兼济天下,穷则独善其身。
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