实例程序：PID控制的应用案例

1.硬件闭环PID控制实验

PID控制的难点不是编写或阅读控制程序，而是整定控制器的参数。如果使用PID控制，需要整定的主要参数有比例增益GAIN、积分时间TI、微分时间TD和采样时间CYCLE。如果使用PI控制器，也有3个主要的参数需要整定。如果参数整定得不好，即使程序设计没有问题，系统的动、静态性能也达不到要求，甚至会使系统不能稳定运行。

为了学习整定PID控制器参数的方法，必须做闭环实验，开环运行PID程序没有任何意义。如果用实际的闭环控制系统来学习调试PID控制器参数的方法，可能有一定的风险。

2.闭环仿真系统的结构

随书光盘中的例程“PID控制”用功能块FB100模拟实际的执行机构和被控对象，不需要任何硬件，就可以用PLCSIM对闭环控制系统仿真。可以用STEP 7集成的PID参数赋值工具，显示PID控制器的方波给定曲线和被控量的阶跃响应曲线，观察闭环控制的效果。还可以用PID参数赋值工具修改PID控制器的参数，通过观察PID控制器的参数与系统性能之间的关系，来学习整定PID控制器参数的方法。

随书光盘中的例程“PID控制”中的闭环控制系统，由PID连续控制器FB41“CONT_C”和用来模拟被控对象的功能块FB100“过程对象”组成（见图9-6）。DISV是系统的扰动量，其默认值为0.0。该例程可以用来学习PID控制功能块FB41的使用方法，熟悉PID控制器的参数整定方法。FB100用来模拟3个串联的惯性环节，其比例增益为GAIN，3个惯性环节的时间常数分别为TM_LAG1～TM_LAG3。将某一时间常数设置为0，可以减少惯性环节的个数。

图9-6 闭环仿真系统的结构

3.示例程序的结构

例程“PID控制”的主体程序是初始化组织块OB100和循环中断组织块OB35，刚进入RUN模式时，CPU执行一次OB100，在OB100中调用FB41和FB100，对PID控制器和被控对象的参数初始化。在HW Config中将OB35的时间间隔（即PID控制的采样时间TS）设置为200ms，程序运行时每隔200ms自动调用一次OB35。在OB35中调用FB41和FB100，实现PID控制和被控对象的功能。各逻辑块和数据块的符号名见图9-7。

图9-7 符号表

4.在OB1中产生方波给定信号

在OB1中，用T8和T9组成振荡电路（见图9-8），T8的常开触点的接通和断开的时间均为30s。"PID_DI".SP_INT是FB41的背景数据块PID_DI中存放的以百分数为单位的控制器浮点数设定值SP_INT。在T8的常开触点刚接通和刚断开时，分别将设定值SP_INT修改为浮点数20.0%和70.0%，设定值的波形为方波。

图9-8 OB1中的梯形图5.启动组织块OB100 在OB100中调用FB41和模拟被控对象的功能块FB100，设置下述输入参数的初始值。 1）令FB41和FB100的启动标志COM_RST为TRUE，将PID控制器和被控对象的内部参数初始化为默认值。 2）设置FB41和FB100的采样时间CYCLE为200ms，它们的采样时间一般与OB35的循环执行周期相同，也可以是OB35周期的若干倍。 3）设置被控对象的增益GAIN为3.0，3个惯性环节的时间常数（TM_LAG1～TM_TAG3）分别为5s、2s和0s。 4）设置PID控制器的参数GAIN、TI和TD的初始值。假设AO模块为双极性输出，设置控制器输出下限值为−100.0%，上限值为默认的100.0%。(www.xing528.com)

5）FB41默认的设置为PI控制器，将参数D_SEL设置为1（TRUE），该控制器为PID控制器。设置微分操作的延迟时间TM_LAG为0ms，微分部分未使用惯性滤波环节。

6）设置MAN_ON为FALSE，控制器工作在自动方式。

7）在退出OB100之前，将两个FB的启动标志位COM_RST复位，以后在执行FB41和FB100时，COM_RST位的值均为0。

未设置的输入参数采用其默认值（即初始值）。下面是OB100中的程序：

6.循环中断组织块OB35

为了保证PID运算的采样时间的精度，在循环中断组织块OB35中调用FB41和FB100。在OB35中使用在OB100中设置的FB41和FB100的参数初始值，直到用PID参数赋值工具修改了其中的某些参数。在OB100和OB35中未设置的FB41和FB100的输入、输出参数，将使用它们的默认值。在FB41和FB100的局部变量表或FB41的在线帮助中，可以看到各输入、输入参数的默认值。

FB41的背景数据块DB41的符号名为“PID_DI”，FB100的背景数据块DB100的符号名为“对象DI”。将PID控制器的输出参数值"PID_DI".LMN送给FB100的输入参数INV，将FB100的输出参数值"对象DI".OUTV送给PID控制器的过程变量输入PV_IN，FB41和FB100组成了图9-6所示的闭环。因为是用软件对被控对象仿真，不涉及AI模块和AO模块，闭环中的变量均为浮点数。

因为是自动方式（MAN_ON为FALSE），不用设置手动输入值MAN。

输入端的选择开关PVPER_ON为默认值FALSE，采用浮点数格式的过程变量。过程变量不是来自外部设备（AI模块），不用设置外设过程变量PV_PER。因为PID的输出不是送给AO模块，不用设置I/O格式的控制器输出LMN_PER。

在实际的语句表程序中，如果要给功能块的某个输入、输出参数添加注释，必须设置该变量的实参。下面是循环中断组织块OB35的程序。