PID控制算法及输出值处理方法

1.误差的计算与死区特性

SP_INT（内部设定值）是以百分数为单位的浮点数设定值。用SP_INT减去浮点数格式的过程变量PV（即反馈值，见图8-13），得到误差值。

在控制系统中，某些执行机构如果频繁动作，将会导致小幅振荡，造成严重的机械磨损。从控制要求来说，很多系统又允许被控量在一定范围内存在误差。死区环节能防止执行机构的频繁动作。当死区环节的输入量（即误差）的绝对值小于输入参数死区宽度DEADB LW时，死区环节的输出量（即PID控制器的输入量）为0，这时PID控制器的输出分量中，比例部分和微分部分为0，积分部分保持不变，因此PID控制器的输出值保持不变，控制器不起调节作用，系统处于开环状态。当误差的绝对值超过DEADB_W时，死区环节的输入、输出为线性关系，为正常的PID控制。如果令DEADB_W为0，死区被关闭。

图8-13中的误差ER（error）为FB41输出的中间变量。

2.设置控制器的结构

FB41采用位置式PID算法，PID控制器的比例运算、积分运算和微分运算3部分并联P_SEL、I_SEL和D_SEL为1状态时分别启用比例、积分和微分作用，反之则禁止对应的控制作用。因此可以将控制器组态为P、PI、PD和PID控制器。很少使用单独的I控制器或D控制器，默认的控制方式为PI控制。

LNM_P、LNM_I和LNM_D分别是PID控制器输出量中的比例分量、积分分量和微分分量，它们供调试时使用。

图8-13中的GAIN为比例增益，对应于式（8-1）中的K_P。TI和TD分别为积分时间和微分时间，对应于式（8-1）中的TI和TD。

输入参数TM_LAG为微分操作的延迟时间，SFB41的帮助文件建议将TM_LAG设置为TD/5，这样可以减少一个需要整定的参数。

引入扰动量DISV（Disturbance）可以实现前馈控制，DISV的默认值为0.0。

3.积分器的初始值

FB41有一个初始化程序，在输入参数COM_RST（完全重新起动）为1状态时该程序被执行。在初始化过程中，如果BOOL输入参数I_ITL_ON（积分作用初始化）为1状态，将输入参数I_ITLVAL作为积分器的初始值，所有其他输出都被设置为其默认值。

INT_HOLD为1时积分操作保持不变，积分输出被冻结，一般不冻结积分输出。(www.xing528.com)

4.手动模式

BOOL变量MAN_ON为1状态时为手动模式，为0状态时为自动模式。在手动模式，控制器的输出值被手动输入值MAN代替。

5.输出量限幅

LMNLIMIT（输出量限幅）方框用于将控制器的输出量限幅。

LMNLIMIT的输入量超出控制器输出量的上限值LMN_HLM时，BOOL输出QLMN_HLM（输出超出上限）为1状态；小于下限值LMN_LLM时，BOOL输出QLMN_LLM（输出超出下限）为1状态。LMN_HLM和LMN_LLM的默认值分别为100.0％和0.0％。

6.输出量的格式化处理

LMN_NORM（输出量格式化）方框用下述公式来将限幅后的输出量LMNLLIM格式化：

式中，LMN是格式化后浮点数格式的控制器输出值（手册称为操作值）；LMN_FAC为输出值系数，默认值为1.0；LMN_OFF为输出值偏移量，默认值为0.0。LMN_FAC和LMN_OFF用来调节控制器输出值的范围。它们采用默认值时，LMNLNORM方框的输入、输出值相等。

7.输出值转换为外部设备（I/O）格式

为了将PID控制器的输出值送给AO模块，通过“CPR_OUT”方框，将LMN（0～100％或±100％的浮点数格式的百分数）转换为外部设备（I/O）格式的变量LMN_PER（0～27648或±27648的整数）。转换公式为