PID控制原理详解

在工业生产中，一般用闭环控制方式来控制温度、压力、流量这一类连续变化的模拟量。使用最多的是PID 控制，即比例－积分－微分控制，PID 控制具有以下优点:

(1)即使没有控制系统的数学模型，也能得到比较满意的控制效果。

(2)通过调用PID 指令来编程，程序设计简单，参数调整方便。

(3)有较强的灵活性和适应性，根据被控对象的具体情况，可采用P、PI、PD 和PID等方式。S7－1200 的PID 指令采用了不完全微分PID 和抗积分饱和改进的控制算法。

PLC 模拟量闭环控制系统的组成如图9－30所示，点画线部分在PLC 内。在模拟量闭环控制系统中，被控量c(t)是连续变化的模拟量，某些执行机构(如电动调节阀和变频器等)要求PLC 输出模拟信号m(t)，而PLC 的CPU 只能处理数字量。c(t)被测量元件(传感器)和变送器转换为标准量程的直流电流、电压信号pv(t)，AI (模拟量输入)模块中的A/D 转换器将它们转换为多位二进制数过程变量pv(n)。sp(n)为设定值，误差e(n)＝sp(n)－pv(n)。AQ (模拟量输出)模块的D/A 转换器将PID 控制器的数字量输出值m(n)转换为模拟量m(t)，再去控制执行机构。PID 程序的执行是周期性的操作，其间隔时间称为采样周期TS。(www.xing528.com)

图9-30　PLC 模拟量闭环控制系统的组成

闭环负反馈控制可以使过程变量PVn等于或跟随设定值sp(n)。假设被控量c(t)是加热炉的温度，实际温度值c(t)低于给定的温度值，误差e(n)为正，m(t)将增大，使执行机构(电动调节阀)的开度增大，进入加热炉的天然气流量增加，加热炉的温度升高，最终使实际温度接近或等于设定值。

PID 调节控制质量的好坏取决于控制规律的合理选取和参数的整定。调节规律的选取原则为:调节规律有效，能迅速克服干扰。比例P 调节作用的动作与偏差的大小成正比。增大比例P 项将加快系统的响应，其作用是放大误差的幅值，它能快速影响系统的控制输出值。积分I 调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。它具有消除稳态误差的作用，能对稳定后有累积误差的系统进行误差修整，减小稳态误差。微分D 调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。微分具有超前作用，它可以使系统超调量减小，稳定性增加，动态误差减小。