1 引言
在大多数的恒压供水电气系统的设计中,PID控制算法是设计人员常常采用的恒压控制算法。常见的PID控制器控制形式主要有3种:(1)硬件型,通用PID温控器;(2)软件型CONTROL ENGINEERING China版权所有,使用离散形式的PID控制算法在可编程序控制器上做PID控制器;(3)使用变频器内置PID控制功能www.cechina.cn,相对前两者来说,这种叫内置型。这3种控制器形式各具特点,但采用什么形式的PID控制器对控制性能和生产成本具有一定的影响,这值得设计人员考虑的。本文将与大家探讨3种控制器形式的应用、优劣以及调试过程中的要点。
2 PID温控器
图1 PID温控器控制系统框图
现在的PID温控器多为数字型控制器,具有位控方式、数字PID控制方式以及模糊控制方式控制工程网版权所有,有的还具有自整定功能,如富士PWX系列温控器、欧陆800系列温控器就属此类型。此类温控器的输入输出类型都可通过设置参数来改变,考虑到抗干扰性,一般将输入输出类型都设定为4~20mA电流类型。图1为以PID温控器调节器构成的闭环压力调节系统,压力的给定值由PID温控器的面板设定,压力传感器将实际的压
这种PID控制形式的主要优点有:操作简单、功能强大、动态调节性能好,适用于选用的变频器性能不是很高的应用场合,同时控制器还具有传感器断线和故障自动检测功能。缺点是:PID调节过于频繁,稳态性能稍差,布线工作量多。调试注意要点:P参数值不宜太大,一般为0.5~1;I参数和D参数的比值大约为4,I参数的值一般为6s~16s;由于PID温控器的响应快,为了防止调整过程中压力波动过大,变频器的上升和下降时间应调大些,推荐30s~80s;设定PID温控器的显示标尺斜率,校正压力显示值;设定适当的数字滤波时间,抑制干扰信号的输入。
3 软件型PID
喜欢使用PLC指令编程的设计者通常自己动手编写PID算法程序,这样可以充分利用PLC的功能。在连续控制系统中,模拟PID的控制规律形式为
(1)
式中 e(t)-偏差输入函数;
u(t)-调节器输出函数;
KP-比例系数;
T1-积分时间常数;
TD-微分时间常数。
由于式(1)为模拟量表达式,而PLC程序只能处理离散数字量,为此,必须将连续形式的微分方程化成离散形式的差分方程。式(1)经离散化后的差分方程为
(2)
式中 T-采样周期;
k-采样序号,k=0,1,2… iCONTROL ENGINEERING China版权所有,… k;
u(k)-采样时刻k时的输出值;
e(k)-采样时刻k时的偏差值;
e(k-1)-采样时刻k-1时的偏差值;
为了减小计算量和节省内存开销,将式(2)化为递推关系式形式:
(3)
式中 SV-调节器设定值;
f(k)-采样时刻k时的反馈值;
f(k-1)-采样时刻k-1时的反馈值;
f(k-2)-采样时刻k-2时的反馈值;
至此式(3)已可以用作编程算法使用了,如图2所示,建议采用1s的时间定时中断程序来做PID程序。式(3)中的常数项可在参数输入后调用一个子程序来计算,这样可以避免每个扫描周期都计算一次常数项。
图2 软件型PID控制系统框图
可采用与PLC直接连接的文本显示器或触摸面板输入参数和显示参数,如西门子的TD200、TP7等。
使用式(3)编写PID程序,需4次乘法、两次加法、两次减法计算以及多个MOV指令,因此显得很烦琐。实际应用中,取消P、D控制,保留I控制,也能很好满足实际要求,所以控制关系式可写成:
u(k)=u(k-1)+△u (4)
式中 △u-积分增量。
显然式(4)简单得多,积分增量可根据实际需要来确定。当压力未到达设定值,增量为正;当压力超调后,增量为负。采用式(4)来控制压力,也存在一些问题,△u设置过大,则稳态时压力误差大,△u设置太小,则调整时间太长。如果结合模糊控制的思想,就能