PID调节功能的基本概念、功能预置

1.PID 调节的基本概念

PID 控制属于闭环控制，是使控制系统的被控量在各种情况下，都能够迅速而准确地无限接近控制目标的一种手段。具体地说，其可以随时将传感器测量的实际信号（称为反馈信号）与被控量的目标信号相比较，以判断是否已经达到预定的控制目标。如尚未达到，则根据两者的差值进行调整，直到达到预定的控制目标为止。图4.22 所示为基本PID 控制框图，XT为目标信号，XF为反馈信号，变频器输出频率fx的大小由合成信号（XT-XF）决定。一方面，反馈信号XF应无限接近目标信号XT，即XT-XF=0； 另一方面，变频器的输出频率fx又是由XT和XF相减的结果来决定的。

图4.22　基本PID 控制框图

为了使变频器输出频率fX维持一定值，就要求有一个与此相对应的给定信号XG，这个给定信号既需要有一定的值，又要与XT-XF=0 相联系。

1）比例增益环节（P）

为了使XG这个给定信号既有一定的值，又与XT-XF=0 相关联，要将（XT-XF）进行放大后再作为频率给定信号，即

XG=KP(XT-XF)

式中，KP为放大倍数，也叫比例增益。

定义静差￡=XT-XF，当XG保持一定的值，比例增益KP越大，静差￡越小，如图4.23 （a）所示。为了使静差￡减小，就要使K 增大。如果KP太大，一旦XT和XF之间的差值变大，XG=KP（XT-XF）一下子增大或减小了许多，很容易使变频器输出频率发生超调，又容易引起被控量的振荡，如图4.23 （b）所示。

2）积分环节（I）

积分环节能使给定信号XG的变化与XG=KP（XT-XF）对时间的积分成正比，既能防止振荡，也能有效地消除静差，如图4.23 （c）所示。但积分时间太长，又会产生当目标信号急剧变化时，被控量难以迅速恢复的情况。

3）微分环节（D）

微分环节可根据偏差的变化趋势，提前给出较大的调节动作，从而缩短调节时间，克服了因积分时间太长而使恢复滞后的缺点，如图4.23 （d）所示。

2.PID 调节功能预置

1）PID 动作选择

在自动控制系统中，电动机的转速与被控量的变化趋势相反，称为负反馈或正逻辑，反之为负逻辑。如空气压缩机的恒压控制中，压力越高要求电动机的转速越低，其逻辑关系为正逻辑； 空调机制冷中温度越高，要求电动机转速越高，其逻辑关系为负逻辑。

PID 动作选择（Pr.128）有三种功能：

图4.23　PID 的综合作用示意图

（a）P 调节； （b）振荡现象； （c）PI 调节； （d）PID 调节

“0”——PID 功能无效。

“1”——PID 正逻辑（负反馈、负作用）。

“2”——PID 负逻辑（正反馈、正作用）。

参数Pr.128 的值根据具体情况进行预置，当预置变频器PID 功能有效时，变频器完全按P、I、D 调节规律运行，其工作特点是：(www.xing528.com)

（1）变频器的输出频率（fx）只根据反馈信号（XF）和目标信号（XT）比较的结果进行调整，故频率的大小与被控量之间并无对应关系。

（2）变频器的加、减速过程将完全取决于P、I、D 数据所决定的动态响应过程，而原来预置的“加速时间”和“减速时间”将不再起作用。

（3）变频器的输出频率（fx）始终处于调整状态，因此显示的频率常不稳定。

图4.24　目标值与反馈值给定

2）目标值的给定

（1）键盘给定法。

由于目标信号是一个百分数，所以可由键盘直接给定。

（2）电位器给定法。

目标信号从变频器的频率给定端输入，一般以电压输入端作为目标信号输入，以电流输入端作为反馈信号的输入，由于变频器已经预置为PID 运行方式，所以在调节目标值时，显示屏上显示的是百分数，如图4.24 所示。

（3）变量目标值给定法。

图4.25　变量目标值给定

在生产过程中，有时要求目标值能够根据具体情况进行调整，变量目标值为分挡类型，如图4.25 所示。

例如，某压力变送器SP 的量程为0～1 MPa，输出电流为4～20 mA，若用户希望水压稳定在0.6 MPa，则目标值就是60％。此时的目标输入电压（0～5 V 给定时）为3 V，稳定运行时对应的反馈电流为13.6 mA。

3）PID 参数设定

在系统运行之前，可以先用手动模拟的方式对PID功能进行初步调试。以负反馈为例： 先将目标值预置到实际需要的数值（可以通过图4.24中RP1调节）； 将一个可调的电流信号接至变频器的反馈信号输入端，缓慢地调节反馈信号。正常情况是，当反馈信号低于目标信号时，变频器的输出频率将不断上升，直至最高频率；反之，当反馈信号高于目标信号时，变频器的输出频率将不断下降，直至频率为0。上升或下降的快慢反映了积分时间的长短。

在许多要求不高的控制系统中，微分功能D 可以不用。当系统运行时，被控量上升或下降后难以恢复，说明反应太慢，应加大比例增益KP，直至比较满意为止； 在增大KP后，虽然反应快了，但容易在目标值附近波动，说明系统有振荡，应加大积分时间，直至基本不振荡。在某些对反应速度要求较高的系统中，可考虑增加微分环节D。

FR-E500 变频器的PID 参数设置及范围如下：

比例增益KP： （Pr.129=0.1％～1 000％，9 999 即无效），出厂设置为100％；

积分时间Ti： （Pr.130=0.1～3 600 s，9 999 即无效），出厂设置为1 s；

微分时间Td： （Pr.134=0.01～10.00 s，9 999 即无效），出厂设置为0.01 s。

（请参阅4.4.4 项目实训）