第一篇：PID控制學(xué)習(xí)筆記整理

一、PID控制原理

1．綜述：

PID是一種線性控制器，它根據(jù)給定值rin(t)與實(shí)際輸出值yout(t)構(gòu)成控制方案：

e(t)?rin(t)?yout(t)

重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)算法是如何對偏差進(jìn)行處理的。

?1tde(t)?u(t)?kp?e(t)??e(t)dt?TD?0Tdt?1???U(s)1?G(s)??kp?1??TDs??E(s)T1s?? PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：

比例環(huán)節(jié)： 成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差。

積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)T,T越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。

微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。2．PID控制算法分類 2.1、位置式PID控制算法

按模擬PID控制算法，以一系列的采樣時刻點(diǎn)kT代表連續(xù)時間t，以矩形法數(shù)值積分近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，即：

??t?kT(k?0,1,2,3??)?kk?t??0e(t)dt?T?e(j)?T?e(j)j?0j?0??de(t)e(kT)?e((k?1)T)e(k)?e(k?1)???TT?dt

可得離散表達(dá)式：

Tu(k)?kp(e(k)?T1kTDe(j)?(e(k)?e(k?1)))?Tj?0ke(k)?e(k?1)?kpe(k)?ki?e(j)T?kdTj?0式中，Ki=Kp/Ti, Kd=KpTd, T為采樣周期，K為采樣序號，k=1, 2, ……, e(k-1)和e(k)分別為第(k-1)和第k時刻所得的偏差信號。位置式PID控制系統(tǒng)

算法流程：

本方法可實(shí)現(xiàn)D/A及A/D的功能，符合數(shù)字實(shí)時控制的真實(shí)情況，計算機(jī)及DSP的實(shí)時PID控制都屬于這種情況。

2.2、增量式PID控制算法

當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量（例如驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)）時，應(yīng)采用增量式PID控制。根據(jù)遞推原理可得：

u(k?1)?kp(e(k?1)?ki?e(j)?kd(e(k?1)?e(k?2)))j?0k?1

增量式PID的算法：

?u(k)?u(k)?u(k?1)

?u(k)?kp(e(k)?e(k?1))?kie(k)?kd(e(k)?2e(k?1)?e(k?2))2.3、積分分離PID控制算法

在普通PID控制中，引入積分環(huán)節(jié)的目的主要是為了消除靜差，提高控制精度。但在過程的啟動、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定時，短時間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大的偏差,會造成PID運(yùn)算的積分積累，致使控制量超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能允許的最大動作范圍對應(yīng)的極限控制量，引起系統(tǒng)較大的振蕩，這在生產(chǎn)中是絕對不允許的。

積分分離控制基本思路是，當(dāng)被控量與設(shè)定值偏差較大時，取消積分作用，以免由于積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，超調(diào)量增大；當(dāng)被控量接近給定量時，引入積分控制，以便消除靜差，提高控制精度

具體實(shí)現(xiàn)的步驟是：

1、根據(jù)實(shí)際情況，人為設(shè)定閾值ε＞0；

2、當(dāng)∣e(k)∣＞ε時，采用PD控制，可避免產(chǎn)生過大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)；

3、當(dāng)∣e(k)∣≤ε時，采用PID控制，以保證系統(tǒng)的控制精度。

<體現(xiàn)的思想就是分段控制> 積分分離控制算法可表示為：

u(k)?kpe(k)??ki?e(j)T?kd(e(k)?e(k?1))/Tj?0k

式中，T為采樣時間，β項為積分項的開關(guān)系數(shù)

?1??0其算法流程：

e(k)??e(k)??

2.4、抗積分飽和PID控制算法

積分飽和現(xiàn)象

所謂積分飽和現(xiàn)象是指若系統(tǒng)存在一個方向的偏差，PID控制器的輸出由于積分作用的不斷累加而加大，從而導(dǎo)致u(k)達(dá)到極限位置。此后若控制器輸出繼續(xù)增大，u(k)也不會再增大，即系統(tǒng)輸出超出正常運(yùn)行范圍而進(jìn)入了飽和區(qū)。一旦出現(xiàn)反向偏差，u(k)逐漸從飽和區(qū)退出。

進(jìn)入飽和區(qū)愈深則退飽和時間愈長。此段時間內(nèi)，系統(tǒng)就像失去控制。這種現(xiàn)象稱為積分飽和現(xiàn)象或積分失控現(xiàn)象。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)飽和特性

抗積分飽和算法

在計算u(k)時，首先判斷上一時刻的控制量u(k-1)是否己超出限制范圍。若超出，則只累加負(fù)偏差；若未超出，則按普通PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)。

這種算法可以避免控制量長時間停留在飽和區(qū)。2.5、梯形積分PID控制算法

在PID控制律中積分項的作用是消除余差，為了減小余差，應(yīng)提高積分項的運(yùn)算精度，為此，可將矩形積分改為梯形積分。

梯形積分的計算公式為：

dt?e(t)0t??i?0ke(i)?e(i?1)2T

2.6、變速積分PID控制算法

變速積分的基本思想是，設(shè)法改變積分項的累加速度，使其與偏差大小相對應(yīng)：偏差越大，積分越慢；反之則越快，有利于提高系統(tǒng)品質(zhì)。

設(shè)置系數(shù)f(e(k))，它是e(k)的函數(shù)。當(dāng)∣e(k)∣增大時，f減小，反之增大。變速積分的PID積分項表達(dá)式為：

?k?1?ui(k)?ki??e(i)?f?e(k)?e(k)?T?i?0?

系數(shù)f與偏差當(dāng)前值∣e(k)∣的關(guān)系可以是線性的或是非線性的，例如，可設(shè)為：

?1??A?e(k)?Bf?e(k)??A??0?變速積分PID算法為：

e(k)?BB?e(k)?A?B

e(k)?A?B

?k?1?u(k)?kpe(k)?ki??e(i)?f?e(k)?e(k)??T?kd?e(k)?e(k?1)??i?0?

這種算法對A、B兩參數(shù)的要求不精確，參數(shù)整定較容易

2.7、不完全微分PID控制算法

在PID控制中，微分信號的引入可改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，但也易引進(jìn)高頻干擾，在誤差擾動突變時尤其顯出微分項的不足。若在控制算法中加入低通濾波器，則可使系統(tǒng)性能得到改善

不完全微分PID的結(jié)構(gòu)如下圖。左圖將低通濾波器直接加在微分環(huán)節(jié)上，右圖是將低通濾波器加在整個PID控制器之后

不完全微分算法：

uD(k)?KD(1?a)(e(k)?e(k?1))??uD(k?1)

KD?kp?TD/Ts??TfTs?TfTs為采樣時間，Ti和Td為積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)，Tf為濾波器系數(shù)

2.8、微分先行PID控制算法

微分先行PID控制的特點(diǎn)是只對輸出量yout(k)進(jìn)行微分，而對給定值rin(k)不進(jìn)行微分。這樣，在改變給定值時，輸出不會改變，而被控量的變化通常是比較緩和的。這種輸出量先行微分控制適用于給定值rin(k)頻繁升降的場合，可以避免給定值升降時引起系統(tǒng)振蕩，從而明顯地改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性

結(jié)構(gòu)圖如下：

2.9、帶死區(qū)的PID控制算法

在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，某些系統(tǒng)為了避免控制作用過于頻繁，消除由于頻繁動作所引起的振蕩，可采用帶死區(qū)的PID控制算法，控制算式為：

0

0

式中，e(k)為位置跟蹤偏差，e0是一個可調(diào)參數(shù)，其具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際控制對象由實(shí)驗確定。若e0值太小，會使控制動作過于頻繁，達(dá)不到穩(wěn)定被控對象的目的；若e0太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后

控制算法流程：

?0e(k)???e(k)e(k)?ee(k)?e

注：<我們電子設(shè)計競賽里，在簡易倒立擺控制裝置中就采用了帶死區(qū)的PID控制算法，當(dāng)時并不知道這個名稱，這也就是在現(xiàn)場測試的時候為什么老師會問我們擺能夠保持倒立靜止不動，而不是靠左右抖動來控制平衡，就是因為我在里面設(shè)置了死區(qū)：好像是5度的角度> 仿真測試?yán)毯蛨D像見參考文檔《先進(jìn)PID控制及其MATLAB仿真》

3．PID控制體會（2013·12·17）

具體接觸到實(shí)際中的應(yīng)用有過兩次的體會：

一是利用數(shù)字PID控制算法調(diào)節(jié)直流電機(jī)的速度，方案是采用光電開關(guān)來獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的脈沖信號，單片機(jī)（MSP430G2553）通過測量脈沖信號的頻率來計算電機(jī)的轉(zhuǎn)速（具體測量頻率的算法是采用直接測量法，定時1s測量脈沖有多少個，本身的測量誤差可以有0.5轉(zhuǎn)加減），測量的轉(zhuǎn)速同給定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差信號，來產(chǎn)生控制信號，控制信號是通過PWM調(diào)整占空比也就是調(diào)整輸出模擬電壓來控制的（相當(dāng)于1位的DA，如果用10位的DA來進(jìn)行模擬調(diào)整呢？效果會不會好很多？），這個實(shí)驗控制能力有一定的范圍，只能在30轉(zhuǎn)/秒和150轉(zhuǎn)/秒之間進(jìn)行控制，當(dāng)給定值（程序中給定的速度）高于150時，實(shí)際速度只能保持在150轉(zhuǎn)，這也就是此系統(tǒng)的最大控制能力，當(dāng)給定值低于30轉(zhuǎn)時，直流電機(jī)轉(zhuǎn)軸實(shí)際是不轉(zhuǎn)動的，但由于誤差值過大，轉(zhuǎn)速會迅速變高，然后又會停止轉(zhuǎn)動，就這樣循環(huán)往復(fù)，不能達(dá)到控制效果。根據(jù)實(shí)測，轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度在正負(fù)3轉(zhuǎn)以內(nèi)，控制時間為4到5秒。實(shí)驗只進(jìn)行到這種程度，思考和分析也只停留在這種深度。

二是利用數(shù)字PID控制算法調(diào)節(jié)直流減速電機(jī)的位置，方案是采用與電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動的精密電位器來測量電機(jī)轉(zhuǎn)動的位置和角度，通過測量得到的角度和位置與給定的位置進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差信號，然后位置誤差信號通過一定關(guān)系（此關(guān)系純屬根據(jù)想象和實(shí)驗現(xiàn)象來擬定和改善的）轉(zhuǎn)換成PWM信號，作為控制信號的PWM信號是先產(chǎn)生對直流減速電機(jī)的模擬電壓U，U來控制直流減速電機(jī)的力矩（不太清楚），力矩產(chǎn)生加速度，加速度產(chǎn)生速度，速度改變位置，輸出量是位置信號，所以之間應(yīng)該對直流減速電機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)建模分析，仿真出直流減速電機(jī)的近似系統(tǒng)傳遞函數(shù)，然后根據(jù)此函數(shù)便可以對PID的參數(shù)進(jìn)行整定了。

兩次體會都不是特別清楚PID參數(shù)是如何整定的，沒有特別清晰的理論指導(dǎo)和實(shí)驗步驟，對結(jié)果的整理和分析也不夠及時，導(dǎo)致實(shí)驗深度和程度都不能達(dá)到理想效果。

以后的學(xué)習(xí)要保持咬定青山不放松的勁頭，不把一件事情弄透徹絕不放手！PID控制的學(xué)習(xí)可以繼續(xù)進(jìn)行，看看如何通過仿真來更加深入的理解其過程。然后趁著于立佳學(xué)長正在進(jìn)行這項工作，我可以等待他把調(diào)節(jié)更加深入之后來求教。

**********************************************2013年12月17日星期二

第二篇：PID控制小結(jié)

PID控制小結(jié)

在PID參數(shù)進(jìn)行整定時如果能夠有理論的方法確定PID參數(shù)當(dāng)然是最理想的方法，但是在實(shí)際的應(yīng)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(yīng)，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(yīng)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(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。

PID控制原理：

1、比例（P）控制 ：比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。

2、積分（I）控制 ：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。

3、微分（D）控制 ：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。PID控制器參數(shù)整定的一般方法：

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：

一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改； 二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。

現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。

PID參數(shù)的設(shè)定：是靠經(jīng)驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整P、I、D的大小。書上的常用口訣：

參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查； 先是比例后積分，最后再把微分加； 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。

個人認(rèn)為PID參數(shù)的設(shè)置的大小，一方面是要根據(jù)控制對象的具體情況而定；另一方面是經(jīng)驗。P是解決幅值震蕩，P大了會出現(xiàn)幅值震蕩的幅度大，但震蕩頻率小，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時間長；I是解決動作響應(yīng)的速度快慢的，I大了響應(yīng)速度慢，反之則快；D是消除靜態(tài)誤差的，一般D設(shè)置都比較小，而且對系統(tǒng)影響比較小。PID參數(shù)怎樣調(diào)整最佳（1）整定比例控制

將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。（2）整定積分環(huán)節(jié)

若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。

先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的50～80％，再將積分時間置一個較大值，觀測響應(yīng)曲線。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。（3）整定微分環(huán)節(jié)

若經(jīng)過步驟（2），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動態(tài)過程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成PID控制。先置微分時間TD=0，逐漸加大TD，同時相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)。

第三篇：三菱PLC實(shí)現(xiàn)智能PID控制及其應(yīng)用

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三菱ＰＬＣ實(shí)現(xiàn)智能ＰＩＤ控制及其應(yīng)用 作者：徐華軍

來源：《沿海企業(yè)與科技》2005年第05期

[摘 要]以三菱PLC為核心的溫度控制系統(tǒng)，采用了專家智能PID控制方法，利用專家系統(tǒng)知識庫輸出修正PID參數(shù)以及改變PID控制方式。實(shí)踐表明該方法簡單易行、適應(yīng)性好、魯棒性強(qiáng)。

[關(guān)鍵詞]PLC；智能PID；專家系統(tǒng)；溫度控制

[中圖分類號]TP315

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

第四篇：用三菱PLC實(shí)現(xiàn)PID控制變頻器

用三菱PLC-FX2N與F940變頻器設(shè)計一個帶PID控制的恒壓供水系統(tǒng)

控制要求：

（1）有兩臺水泵，按設(shè)計要求一臺運(yùn)行，一臺備用，自動運(yùn)行時泵運(yùn)行累計100小時輪換一次，手動時不切換。

（2）兩臺水泵分別由m1、m2電動機(jī)拖動，電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min，由km1、km2控制。（3）切換后起動和停電后起動須5s報警，運(yùn)行異常可自動切換到備用泵，并報警。（4）采用plc的pid調(diào)節(jié)指令。

（5）變頻器（使用三菱fr-a540）采用plc的特殊功能單元fx0n-3a的模擬輸出，調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。（6）水壓在0～10kg可調(diào)，通過觸摸屏（使用三菱f940）輸入調(diào)節(jié)。

（7）觸摸屏可以顯示設(shè)定水壓、實(shí)際水壓、水泵的運(yùn)行時間、轉(zhuǎn)速、報警信號等。（8）變頻器的其余參數(shù)自行設(shè)定。

軟件設(shè)計：

1．fx2n-48mrplc 的i/o分配：根據(jù)控制要求及i/o分配，其系統(tǒng)接線圖如圖所示。

plc輸入，x1：1號泵水流開關(guān)；x2：2號泵水流開關(guān)；x3：過壓保護(hù)。

plc輸出，y1：km1；y2：km2；y4：報警器；10：變頻器stf。

2．觸摸屏畫面設(shè)：根據(jù)控制要求及i/o分配，制作觸摸屏畫面。

觸摸屏輸入：m500：自動起動。m100：手動1號泵。m101：手動2號泵。m102：停止。m103：運(yùn)行時間復(fù)位。m104：清除報警。d300：水壓設(shè)定。

觸摸屏輸出：y0：1號泵運(yùn)行指示。y1：2號泵運(yùn)行指示。t20：1號泵故障。t21：2號泵故障。d101：當(dāng)前水壓。d502：泵累計運(yùn)行的時間。d102：電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

3.plc的程序：根據(jù)控制要求，畫出fx2n-48mr的程序梯形圖、plc程序如下圖所示。

此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：

plc的程序簡述：plc得電后，通過程序把模塊中的摸擬量壓力信號轉(zhuǎn)化成壓力數(shù)字量(d160)，將壓力的數(shù)據(jù)寄存器d160的值除以25以校正壓力的實(shí)際值(由特殊功能模擬模塊fx0n-3a的資料可知：因0-10kg對應(yīng)的是數(shù)值是0-250，所以壓力與數(shù)值的關(guān)系是1：25)。在該系統(tǒng)中我們規(guī)定了電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min，所以同步轉(zhuǎn)速的設(shè)定低于3000轉(zhuǎn)/min對電機(jī)的保護(hù)是有好處的。這里我們把轉(zhuǎn)速設(shè)定為不能超過1250轉(zhuǎn)/min，則數(shù)值與通過pid程序運(yùn)算的mv（輸出）值d150（即電動機(jī)轉(zhuǎn)速量）的關(guān)系為1：5(由特殊功能模擬模塊fx0n-3a的資料可知：因數(shù)值是0-250對應(yīng)的是0-1250轉(zhuǎn)/min，則數(shù)值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系是1：5)。所以電動機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)際值校正數(shù)d102=d150×5÷10（其中除以10是因為所有實(shí)數(shù)參與pid的sv設(shè)定值>d500，pv當(dāng)前值>d160，運(yùn)算都是以1000%加入的。所以要得到mv輸出值>d150的實(shí)際數(shù)值需要除以10）。因該系統(tǒng)中電機(jī)的轉(zhuǎn)速是與壓力成正比的,轉(zhuǎn)速加大;壓力也加大!（這里要注意：動作方向【s3】+1,當(dāng)前值pv，d500設(shè)定值sv，d160；即bit=1，選擇逆動作）所以將壓力數(shù)字量寄存器d160用于pid程序的pv（當(dāng)前）數(shù)字量做為時刻檢查管內(nèi)的當(dāng)前壓力狀況。

4．變頻器設(shè)置：

（1）上限頻率pr1=50hz；（2）下限頻率pr2=30hz；（3）基底頻率pr3=50hz；（4）加速時間pr7=3s；（5）減速時間pr8=3s；（6）電子過電流保護(hù)pr9=電動機(jī)的額定電流；（7）起動頻率pr13=10hz；（8）du面板的第三監(jiān)視功能為變頻繁器的輸出功率pr5=14；（9）智能模式選擇為節(jié)能模式pr60=4；（10）設(shè)定端子2～5間的頻率設(shè)定為電壓信號0～10v，pr73=0；（11）允許所有參數(shù)的讀/寫pr160=0；（12）操作模式選擇（外部運(yùn)行）pr79=2；（13）其他設(shè)置為默認(rèn)值。

5.系統(tǒng)調(diào)試：

（1）將觸摸屏rs232接口與計算機(jī)連接，將觸摸屏rs422接口與plc編程接口連接，編寫好fx0n-3a偏移/增益調(diào)整程序，連接好fx0n-3a i/o電路，通過gain和offset調(diào)整偏移/增益。（2）按圖設(shè)計好觸摸屏畫面，并設(shè)置好各控件的屬性，按圖所示編寫好plc程序，并傳送到觸摸屏和plc。（3）將plc運(yùn)行開關(guān)保持off，程序設(shè)定為監(jiān)視狀態(tài)，按觸摸屏上的按鈕，觀察程序觸點(diǎn)動作情況，如動作不正確，檢查觸摸屏屬性設(shè)置和程序是否對應(yīng)。（4）系統(tǒng)時間應(yīng)正確顯示。

（5）改變觸摸屏輸入寄存器值，觀察程序?qū)?yīng)寄存器的值變化。（6）按圖連接好plc的i/o線路和變頻器的控制電路及主電路。（7）將plc運(yùn)行開關(guān)保持on，設(shè)定水壓調(diào)整為3kg。

（8）按手動起動，設(shè)備應(yīng)正常起動，觀察各設(shè)備運(yùn)行是否正常，變頻器輸出頻率是否相對平穩(wěn)，實(shí)際水壓與設(shè)定的偏差。

（9）如果水壓在設(shè)定值上下有劇烈的抖動，則應(yīng)該調(diào)節(jié)pid指令的微分參數(shù)，將值設(shè)定小一些，同時適當(dāng)增加積分參數(shù)值。如果調(diào)整過于緩慢，水壓的上下偏差很大，則系統(tǒng)比例常數(shù)太大，應(yīng)適當(dāng)減小。（10）測試其他功能，是否跟控制要求相符。

第五篇：PID含義說明

PID是以它的三種糾正算法而命名的。這三種算法都是用加法調(diào)整被控制的數(shù)值。而實(shí)際上這些加法運(yùn)算大部分變成了減法運(yùn)算因為被加數(shù)總是負(fù)值。這三種算法是：

比例-來控制當(dāng)前，誤差值和一個負(fù)常數(shù)P（表示比例）相乘，然后和預(yù)定的值相加。P只是在控制器的輸出和系統(tǒng)的誤差成比例的時候成立。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系。比如說，一個電熱器的控制器的比例尺范圍是10°C，它的預(yù)定值是20°C。那么它在10°C的時候會輸出100%，在15°C的時候會輸出50%，在19°C的時候輸出10％，注意在誤差是0的時候，控制器的輸出也是0。

積分來控制將來，計算誤差的一階導(dǎo)，并和一個負(fù)常數(shù)D相乘，最后和預(yù)定值相加。這個導(dǎo)數(shù)的控制會對系統(tǒng)的改變作出反應(yīng)。導(dǎo)數(shù)的結(jié)果越大，那么控制系統(tǒng)就對輸出結(jié)果作出更快速的反應(yīng)。這個D參數(shù)也是PID被稱為可預(yù)測的控制器的原因。D參數(shù)對減少控制器短期的改變很有幫助。一些實(shí)際中的速度緩慢的系統(tǒng)可以不需要D參數(shù)。用更專業(yè)的話來講，一個PID控制器可以被稱作一個在頻域系統(tǒng)的濾波器。這一點(diǎn)在計算它是否會最終達(dá)到穩(wěn)定結(jié)果時很有用。如果數(shù)值挑選不當(dāng)，控制系統(tǒng)的輸入值會反復(fù)振蕩，這導(dǎo)致系統(tǒng)可能永遠(yuǎn)無法達(dá)到預(yù)設(shè)值。

編輯本段控制規(guī)律的選擇

盡管不同類型的控制器，其結(jié)構(gòu)、原理各不相同，但是基本控制規(guī)律只有三個：比例（P）控制、積分（I）控制和微分（D）控制。這幾種控制規(guī)律可以單獨(dú)使用，但是更多場合是組合使用。如比例（P）控制、比例-積分（PI）控制、比例-積分-微分（PID）控制等。

比例（P）控制

單獨(dú)的比例控制也稱“有差控制”，輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系，偏差越大輸出越大。實(shí)際應(yīng)用中，比例度的大小應(yīng)視具體情況而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系統(tǒng)克服擾動，余差太大，控制質(zhì)量差，也沒有什么控制作用；比例度太大，控制作用太強(qiáng)，容易導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，引發(fā)振蕩。

對于反應(yīng)靈敏、放大能力強(qiáng)的被控對象，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)使比例度稍小些；而對于反應(yīng)遲鈍，放大能力又較弱的被控對象，比例度可選大一些，以提高整個系統(tǒng)的靈敏度，也可以相應(yīng)減小余差。

單純的比例控制適用于擾動不大，滯后較小，負(fù)荷變化小，要求不高，允許有一定余差存在的場合。工業(yè)生產(chǎn)中比例控制規(guī)律使用較為普遍。

比例積分（PI）控制

比例控制規(guī)律是基本控制規(guī)律中最基本的、應(yīng)用最普遍的一種，其最大優(yōu)點(diǎn)就是控制及時、迅速。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。但是，不能最終消除余差的缺點(diǎn)限制了它的單獨(dú)使用。克服余差的辦法是在比例控制的基礎(chǔ)上加上積分控制作用。

積分控制器的輸出與輸入偏差對時間的積分成正比。這里的“積分”指的是“積累”的意思。積分控制器的輸出不僅與輸入偏差的大小有關(guān)，而且還與偏差存在的時間有關(guān)。只要偏差存在，輸出就會不斷累積（輸出值越來越大或越來越?。恢钡狡顬榱?，累積才會停止。所以，積分控制可以消除余差。積分控制規(guī)律又稱無差控制規(guī)律。

積分時間的大小表征了積分控制作用的強(qiáng)弱。積分時間越小，控制作用越強(qiáng)；反之，控制作用越弱。

積分控制雖然能消除余差，但它存在著控制不及時的缺點(diǎn)。因為積分輸出的累積是漸進(jìn)的，其產(chǎn)生的控制作用總是落后于偏差的變化，不能及時有效地克服干擾的影響，難以使控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來。所以，實(shí)用中一般不單獨(dú)使用積分控制，而是和比例控制作用結(jié)合起來，構(gòu)成比例積分控制。這樣取二者之長，互相彌補(bǔ)，既有比例控制作用的迅速及時，又有積分控制作用消除余差的能力。因此，比例積分控制可以實(shí)現(xiàn)較為理想的過程控制。

比例積分控制器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種控制器，多用于工業(yè)生產(chǎn)中液位、壓力、流量等控制系統(tǒng)。由于引入積分作用能消除余差，彌補(bǔ)了純比例控制的缺陷，獲得較好的控制質(zhì)量。但是積分作用的引入，會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。對于有較大慣性滯后的控制系統(tǒng)，要盡量避免使用。

比例微分（PD）控制

比例積分控制對于時間滯后的被控對象使用不夠理想。所謂“時間滯后”指的是：當(dāng)被控對象受到擾動作用后，被控變量沒有立即發(fā)生變化，而是有一個時間上的延遲，比如容量滯后，此時比例積分控制顯得遲鈍、不及時。為此，人們設(shè)想：能否根據(jù)偏差的變化趨勢來做出相應(yīng)的控制動作呢？猶如有經(jīng)驗的操作人員，即可根據(jù)偏差的大小來改變閥門的開度（比例作用），又可根據(jù)偏差變化的速度大小來預(yù)計將要出現(xiàn)的情況，提前進(jìn)行過量控制，“防患于未然”。這就是具有“超前”控制作用的微分控制規(guī)律。微分控制器輸出的大小取決于輸入偏差變化的速度。

微分輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差的大小以及偏差是否存在與否無關(guān)。如果偏差為一固定值，不管多大，只要不變化，則輸出的變化一定為零，控制器沒有任何控制作用。微分時間越大，微分輸出維持的時間就越長，因此微分作用越強(qiáng)；反之則越弱。當(dāng)微分時間為0時，就沒有微分控制作用了。同理，微分時間的選取，也是需要根據(jù)實(shí)際情況來確定的。

微分控制作用的特點(diǎn)是：動作迅速，具有超前調(diào)節(jié)功能，可有效改善被控對象有較大時間滯后的控制品質(zhì)；但是它不能消除余差，尤其是對于恒定偏差輸入時，根本就沒有控制作用。因此，不能單獨(dú)使用微分控制規(guī)律。

比例和微分作用結(jié)合，比單純的比例作用更快。尤其是對容量滯后大的對象，可以減小動偏差的幅度，節(jié)省控制時間，顯著改善控制質(zhì)量。

比例積分微分（PID）控制

最為理想的控制當(dāng)屬比例-積分-微分控制規(guī)律。它集三者之長：既有比例作用的及時迅速，又有積分作用的消除余差能力，還有微分作用的超前控制功能。

當(dāng)偏差階躍出現(xiàn)時，微分立即大幅度動作，抑制偏差的這種躍變；比例也同時起消除偏差的作用，使偏差幅度減小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制規(guī)律，因此可使系統(tǒng)比較穩(wěn)定；而積分作用慢慢把余差克服掉。只要三個作用的控制參數(shù)選擇得當(dāng)，便可充分發(fā)揮三種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，得到較為理想的控制效果。

編輯本段PID控制器調(diào)試方法 比例系數(shù)的調(diào)節(jié)

比例系數(shù)P的調(diào)節(jié)范圍一般是：0.1--100.如果增益值取 0.1，PID 調(diào)節(jié)器輸出變化為十分之一的偏差值。如果增益值取 100，PID 調(diào)節(jié)器輸出變化為一百倍的偏差值。

可見該值越大，比例產(chǎn)生的增益作用越大。初調(diào)時，選小一些，然后慢慢調(diào)大，直到系統(tǒng)波動足夠小時，再該調(diào)節(jié)積分或微分系數(shù)。過大的P值會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，持續(xù)振蕩；過小的P值又會使系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍。合適的值應(yīng)該使系統(tǒng)由足夠的靈敏度但又不會反應(yīng)過于靈敏，一定時間的遲緩要靠積分時間來調(diào)節(jié)。

積分系數(shù)的調(diào)節(jié)

積分時間常數(shù)的定義是，偏差引起輸出增長的時間。積分時間設(shè)為 1秒，則輸出變化 100%所需時間為 1 秒。初調(diào)時要把積分時間設(shè)置長些，然后慢慢調(diào)小直到系統(tǒng)穩(wěn)定為止。

微分系數(shù)的調(diào)節(jié)

微分值是偏差值的變化率。例如，如果輸入偏差值線性變化，則在調(diào)節(jié)器輸出側(cè)疊加一個恒定的調(diào)節(jié)量。大部分控制系統(tǒng)不需要調(diào)節(jié)微分時間。因為只有時間滯后的系統(tǒng)才需要附加這個參數(shù)。如果畫蛇添足加上這個參數(shù)反而會使系統(tǒng)的控制受到影響。如果通過比例、積分參數(shù)的調(diào)節(jié)還是收不到理想的控制要求，就可以調(diào)節(jié)微分時間。初調(diào)時把這個系數(shù)設(shè)小，然后慢慢調(diào)大，直到系統(tǒng)穩(wěn)定。

編輯本段PID控制器的參數(shù)整定

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被 控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是 依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主 要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng) 曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需 要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。

在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。

對于溫度系統(tǒng)：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3

對于流量系統(tǒng)：P（%）40--100，I（分）0.1--1

對于壓力系統(tǒng)：P（%）30--70，I（分）0.4--3

對于液位系統(tǒng)：P（%）20--80，I（分）1--5

參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查

先是比例后積分，最后再把微分加

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

編輯本段PID與自適應(yīng)PID的區(qū)別：

首先弄清楚什么是自適應(yīng)控制

在生產(chǎn)過程中為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，節(jié)約原材料，要求生產(chǎn)管理及生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工作狀態(tài)。因此產(chǎn)生了一種最優(yōu)控制的方法，這就叫自適應(yīng)控制。在這種控制中要求系統(tǒng)能夠根據(jù)被測參數(shù)，環(huán)境及原材料的成本的變化而自動對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)隨時處于最佳狀態(tài)。自適應(yīng)控制包括性能估計（辨別）、決策和修改三個環(huán)節(jié)。它是微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。但由于控制規(guī)律難以掌握，所以推廣起來尚有一些難以解決的問題。

加入自適應(yīng)的pid控制就帶有了一些智能特點(diǎn)，像生物一樣能適應(yīng)外界條件的變化。

還有自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，就更加智能化了。