发表于:2007-03-01 16:02:00
2楼
PID控制回路的参数整定是模拟量闭环控制中的一个难点,如果初始参数选择不当,可能会出现很大的超调量,甚至使系统不稳定。西门子公司的新一代小型S7-200 PLC具有PID参数自整定功能,V4.0版的编程软件STEP 7-Micro/WIN增加了PID整定控制面板。这两项功能相结合,使用户能轻松地实现PID的参数自整定,同时可以对最多8个回路进行自整定。自整定能提供一组近似最优的整定参数。
用PID整定控制面板可以起动、中止自整定过程。控制面板用图形方式监视整定的结果,还可以显示可能产生的错误或警告。
自整定的基本方法
S7-200使用的自整定算法基于K. J. Åström和T. Hägglund在1984年提出的继电反馈算法,该算法在一个稳定的控制过程中产生一个小幅度的持续振荡。根据过程变量振荡的周期和幅度的变化,确定最终的频率和增益,并用它们来求出PID控制器的增益、积分时间常数和微分时间常数的推荐值。自整定能用于正作用和反作用的P、PI、PD、PID回路的整定。
自动确定滞后和偏差
自整定除了推荐整定值外,还可以自动确定滞后(hysteresis)值和过程变量峰值偏差(deviation)值。在限制由PID自整定建立的持续振荡的幅值时,这些参数用于减少过程噪声的影响,从而更精确地计算出过程的自然振荡频率。
自整定过程
在确定了滞后值和偏差值之后,将初始阶跃施加到回路的输出量,开始执行自整定过程。输出值的阶跃变化会使过程变量值产生相应的变化。当输出值的变化使过程变量超出滞后区范围时,检测到一个过零(zero-crossing)事件。在发生过零事件时,自整定将向相反方向改变输出值。
自整定继续对过程变量进行采样,并等待下一个过零事件,该过程总共需要12次过零才能完成。过程变量的峰-峰值(峰值误差)和过零事件产生的速率都与控制过程的动态特性直接相关。在自整定过程初期,会适当调节输出阶跃值,从而使过程变量的峰-峰值更接近希望的偏差值。如果两次过零之间的时间超出过零看门狗间隔时间,自整定过程将以错误告终,过零看门狗间隔时间的默认值为2h。
过程变量振荡的频率和幅度代表了控制过程的增益和自然频率。根据在自整定过程中采集的控制过程的增益和自然频率的相关信息,计算出最终的增益和频率值,由此可以计算出推荐的增益值、积分时间和微分时间。
自整定过程完成后,回路的输出将恢复到初始值,在下一周期将开始正常的PID计算。
PID整定控制面板
S7-200的V4.0版编程软件STEP 7-Micro/WIN中的PID整定控制面板用图形方式监视PID回路。该面板还可用来起动或取消自整定过程,设置自整定的参数,并将推荐的整定值或用户设置的整定值应用到实际控制中。图1给出了在自整定过程中PID控制器的给定值SP、输出MV和过程变量PV的变化情况。