运用PID与变频器实现恒压供水控制方案

一：PID概念

1. PID解释：即由比例（Proportion）+积分（Integral）+微分（Differential coefficient）组合而成。

2. 比例P控制：调节量按误差成比例输出，纯比例时误差不会为零。即一对一的对应关系。

3. 积分I控制：调节量按误差的积分输出，误差为零时，输出恒定。既有一定的延迟。

4. 微分D控制：调节量按误差的微分输出，误差突变时，能及时控制。既快速反应。

5. PI控制动作：所谓PI控制就是将比例控制P和积分控制I结合起来，根据偏差及时间变化，产生一个操作变量。

二：运用PI控制系统方框图

　　运用于PID可实现压力负反馈单闭环控制。控制理论与算法。
1. PID配合变频器与压力传感器实现单泵闭环恒压供水控制系统。

2. 通常压力传感器分电流型与电压型两种。PID有内置变频器与单独的外置两种。

三：设定

任何一个控制系统都需要经过反复地调试后方可达到最佳性能，没有调试的系统是不能工作或不能良好地运行。下面举例AMB-G7系列单泵恒压供水调试方法。


A. 首先必须知道控制对象的参数。对象特征、需要的最大供水压力、需要给定用户的恒定压力、供水最小压力、上限压力、下限压力等。

B. 假设对一小区进行恒压供水改造，其要求管道最大供水压力为（A）11Kpa ，对应传感器输出电流为20mA , 要求最小供水压力为（B）1Kpa,对应输出的电流为4mA , 用户要求恒定的供水压力为（C）5Kpa 。根据以上三个参数可以确定PID的设定值，既：（必须保证在最大供水压力时对应于压力传感器电流输出最大，反之亦然，可求出用户要求供水压力时的传感器电流）

C. 传感器给定电流（Iset）正比于用户所需的恒定供水压力。(假设压力传感器输出电流为4~20mA)既：

Iset/(Imax-Imin)=C/(A-B)→Iset/(20mA-4mA)=5/(11-1)→Iset/16=5/10→Iset=16*0.5=8mA(50%电流)

其中Imax=最大电流 Imin=最小电流 Iset=需要给定的电流值


D. 而G7系列F84设定电压也正比与设定电流。既：

Fset/(Fmax-Fmin)=Iset/(Imax-Imin)→Fset/(10V-0V)=8/(20mA-4mA)→Fset=0.5*10=5V（50%电压）

其中Fset=需要给定的设定电压 Fmax=F84中最大电压值 Fmin=F84中最小电压值


E. 设定好给定值后，需设定PI比例常数。F88既比例增益

F. 增益Kp=1/比例常数

G. 由公式可看出当比例常数小时增益很大，既小小常数变化会引起很大的反馈变化，但由于G7系列是直接调增益的，所以系数越大则增益越大，增益大反馈越深便于控制，但太大又会失去稳定性，产生振荡。我门一般先将其设定为60%既6V。


H. 其次要设定F80=1 使PID使能， F82=1使通道选择为4~20mA控制， F85=0既正相响应（与传感器变化正比属于负反馈，否则产生正反馈而自激）F10=1使用外部端子RUN运行。

I. F89设定为60适当的积分为使系统稳定。

四：调试

按上序方法设定后一般可良好地运行。如系统稳定则可微调F84使实际压力最接近想要设定的压力，稳定后慢慢增大F88使其出现不稳定振荡后往回调一个数，系统稳定后此值为最佳值。慢慢减小F89值以不出现振荡为准。适当的增大F83可减少来自传感器电流在传输过程中受到的干扰。仔细观察和试验，如感觉小小的用户用水量改变导致变频器频繁的控制动作，即马达加速后压力过头然后有自动降速，来回周折（既周期振荡）可适当调大F89来改善和慢慢减小F88来改善。


确定系统已调试稳定，改变F81值是为了使显示值对应于实际的压力值。例如运行中显示的反馈值为620，此时实际压力为5Kg (既5Kpa)则可设F81为：X =5Kpa/620=8.06=8.1

这样通过显示即可知道反馈的量与实际的量之间地差距，一目了然。


如发现此系统反映过于迟钝，可通过减小变频器的加、减速时间来提高。一般单泵供水的场合下不用改变。在用到消防供水时需减少此参数值。

附加功能调试：

五：变频器输出切换与故障输出

设定F59频率水平检测FDT值：当输出频率高于设定值时，且F68=0时，输出集电极开路Y1有效。这样可实现变频与工频地自动切换。

设定F68可控制变频器有故障时Y端子输出有效，实现报警或保护电路。

六：其他

设定F71=1可进行掉电再启动从零转速追综，设定F71=2可进行掉电再起动从上次转速开始追踪。此时建议将F72功能设定为1，防止跳因马达惯性造成过电流保护。

还有一些详细的微调，用户可在实践经验中摸索以达到最佳运行状态。




（9）如果水压在设定值上下有剧烈的抖动，则应该调节PID指令的微分参数，将值设定小一些，同时适当增加积分参数值。如果调整过于缓慢，水压的上下偏差很大，则系统比例常数太大，应适当减小。

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自信 15:22:01
PID算法　　在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后＋纯滞后”与“二阶滞后＋纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、…）。
　　下面对控制点所采用的PID控制算法进行说明。
　　控制点目前包含三种比较简单的ＰＩＤ控制算法，分别是：增量式算法，位置式算法，微分先行。 这三种ＰＩＤ算法虽然简单，但各有特点，基本上能满足一般控制的大多数要求。
　　1) PID增量式算法
　　离散化公式：
　　注：各符号含义如下
　　u(t);;;;; 控制器的输出值。
　　e(t);;;;; 控制器输入与设定值之间的误差。
　　Kp;;;;;;; 比例系数。
　　Ti;;;;;;; 积分时间常数。
　　Td;;;;;;; 微分时间常数。
　　T;;;;;;;; 调节周期。
　　对于增量式算法，可以选择的功能有：
　　(1) 滤波的选择
　　可以对输入加一个前置滤波器，使得进入控制算法的给定值不突变，而是有一定惯性延迟的缓变量。
　　(2) 系统的动态过程加速
　　在增量式算法中，比例项与积分项的符号有以下关系：如果被控量继续偏离给定值，则这两项符号相同，而当被控量向给定值方向变化时，则这两项的符号相反。
　　由于这一性质，当被控量接近给定值的时候，反号的比例作用阻碍了积分作用，因而避免了积分超调以及随之带来的振荡，这显然是有利于控制的。但如果被控量远未接近给定值，仅刚开始向给定值变化时，由于比例和积分反向，将会减慢控制过程。
　　为了加快开始的动态过程，我们可以设定一个偏差范围v，当偏差|e(t)|< β时，即被控量接近给定值时，就按正常规律调节，而当|e(t)|>= β时，则不管比例作用为正或为负，都使它向有利于接近给定值的方向调整，即取其值为|e(t)-e(t-1)|，其符号与积分项一致。利用这样的算法，可以加快控制的动态过程。
　　(3) PID增量