如何让PID参数自动调整？

1.PID参数预调节

PID_Compact具有参数自整定（或称为优化调节）的功能。优化调节分为预调节和精确调节两个阶段，二者配合可以得到最佳的PID参数。

首先进行预调节，PID控制器输出一个阶跃信号，确定对输出值跳变的过程响应，并搜索拐点，根据受控系统的最大上升速率与死区时间计算PID参数。预调节要求下列条件：

1）PID控制器处于“未激活”“手动模式”和“自动模式”这3种状态之一。

2）PID_Compact指令的输入参数ManualEnable（手动使能）和Reset（复位）均为FALSE（0状态）。

3）设定值和过程值均在组态的极限值范围内。

4）设定值和过程值的差值的绝对值（|Setpoint-Input|）应大于过程值上、下限之差的30%，还应大于设定值的50%。

如果设定值和过程值的差值太小，或过程值、PID的输出值超出组态的极限值范围，预调节将会终止，调试窗口下面的“状态”框将会出现相应的错误信息。可以用“ErrorAck”按钮清除错误信息。

预调节或精确调节成功后，控制器将切换到自动模式。如果预调节或精确调节未成功，PID_Compact将根据已组态的响应对错误作出反应。

过程值越稳定，PID参数就越容易计算，结果的精度也会越高。

2.PID参数精确调节

经过预调节后，如果得到的自整定的参数效果不太理想，需要进行精确调节。精确调节使过程值出现幅值恒定有限的振荡，根据振荡的幅度和频率确定PID参数。精确调节通常比预调节得出的PID参数具有更好的主控和扰动特性。可以在执行预调节和精确调节后获得最佳PID参数。PID_Compact将自动尝试生成大于过程值噪声的振荡。过程值的稳定性对精确调节的影响非常小。

精确调节要求的前3个条件与预调节的相同。此外，还要求启动时过程变量处于稳定状态，没有干扰的影响。

3.项目简介

随书光盘中的项目“1200PID参数自整定”与项目“1200PID闭环控制”的程序结构相同。它们的循环中断组织块OB30中的程序完全相同（见图9-8和图9-20），PID_Compact指令和作者编写的模拟被控对象的函数块“被控对象”组成了PID闭环控制系统。

在组态时设置CPU重启后PID控制器为自动模式，在OB1中用I0.0使MD12中的设定值在0.0%和70%之间切换（见图9-27）。可以用随书光盘中的项目“1500PID参数自整定”做仿真实验。

4.预调节可能遇到的问题与解决的方法

在用I0.0产生70%的阶跃设定值之后，如果没有及时启动预调节，可能会出现“过程值过于接近设定值”的错误信息。其原因是启动预调节时设定值和过程值的差值的绝对值没有满足“大于过程值上、下限之差的30%，和大于设定值的50%”的条件。

为了解决这个问题，应在产生70%的阶跃设定值后，立即启动预调节。(www.xing528.com)

预调节时还可能出现错误信息“Input值超出已定义的过程值范围”。从图9-28可以看出，预调节时PID控制器红色的输出值（Outpur）是恒定值。而过程变量PV与PID输出值和被控对象的增益有关。PID输出值如果太大，将导致过程值超出组态的范围。作者经过反复摸索，发现预调节时PID控制器的恒定输出值与PID控制器的参数“增益”有关。

作者第一次预调节之前PID的增益为1.5（见图9-10），积分时间为3s，微分时间为0s，比例作用和微分作用的权重均为1.0，采样时间为0.3s。如果在自动方式使用这组参数，过程变量上升很快，超调量很大（见图9-11）。启动预调节后，红色的PID恒定输出值过大，过程变量迅速增大，很快就超过了预设的上限值120%，导致预调节失败。此时应停止测量过程，单击下面的“ErrorAck”按钮，错误信息被清除。

为了解决上述问题，反复调节PID的增益值，从1.5降到0.3时，预调节成功地完成。

图9-27 OB1的程序

5.预调节实验

设置PID的增益值为0.3，积分时间3s，微分时间0s，采样时间0.3s，比例作用和微分作用的权重均为1.0，控制器结构为PID。选中PLC_1，将用户程序和组态数据下载到硬件PLC或仿真PLC。在PID调节窗口设置“采样时间”为0.3s，单击采样时间右边的“Start”按钮，启动测量，此时过程变量和设定值均为0。用右上角的选择框设置调节模式为“预调节”。令I0.0变为1状态，使设定值从0跳变到70%，立即单击“调节模式”区的“Start”按钮，启动预调节。在预调节期间，红色的PID输出值跳变为30%左右的恒定值，过程变量PV按指数规律上升（见图9-28左边的曲线）。预调节成功地完成后，下面的状态栏出现“系统已调节”的信息，控制器自动切换到自动模式，红色的PID输出值以较大幅度衰减震荡，绿色的过程变量曲线在70%的设定值水平线上下衰减震荡，误差迅速趋近于0，过程变量PV和设定值曲线SP重合。

6.精确调节实验

预调节结束后，用PID调节窗口右上角的“调节模式”选择框设置调节模式为“精确调节”。单击“调节模式”区的“Start”按钮，启动精确调节。经过一段时间后，红色的PID输出曲线以方波波形变换，通过自动控制PID输出的幅值和频率，保证过程变量曲线在设定值水平线上下一定范围内波动。PID输出曲线经过若干次正、负跳变后，精确调节结束，下面的状态栏出现“系统已调节”的信息。此后将自动切换到自动模式，使用精确调节得到的PID参数，过程变量曲线PV很快与水平的设定值曲线SP重合。

图9-28 PID参数自整定的响应曲线

7.上传PID参数

精确调节成功完成后，单击PID调试窗口下面的“上传PID参数”按钮（见图9-28），将CPU中的PID参数上传到离线的项目中。单击“转到PID参数”按钮，切换到组态窗口的PID参数页面，可以看到精确调节后CPU中得到的优化的PID参数（见图9-29）。为了观察优化后的参数的控制效果，切换到PID调节窗口。令I0.0为0状态，过程值下降到0以后，令I0.0为1状态，使设定值由0跳变到70%，过程变量的响应曲线如图9-30所示，其超调量几乎为0。然后令I0.0为0状态，使设定值由70%跳变到0。图9-30验证了优化的PID参数的控制效果是比较理想的。

图9-29 PID控制器的参数

图9-30 自整定后的阶跃响应曲线