详解PID_Temp 使用-自整定功能

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一、PID算法

1.定义

PID为Proportional（比例）、Integral（积分）、Differential（微分）的缩写。实质是根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出，是连续系统中技术最为成熟、应用最为广泛的一种控制算法。其数学表达式为：

2.原理

①比例控制：成比例地控制偏差信号。输出u(t)与输入偏差e(t)成正比，可以减小偏差但不能消除静差。比例控制作用的大小也与比例系数Kp有关，Kp越小，控制作用越小。

②积分控制：消除静差提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。

③微分控制：反映偏差信号的变化趋势，在偏差信号的值过大之前，引入早期修正信号，有助于系统减小超调，克服振荡，加快系统的响应速度，改善系统的动态性能。

3.主要形式

①位置式PID：一种位置闭环控制方法。基于当前误差、误差的积分和误差的微分来直接计算。适用于需要精准控制并且系统状态变化较为平稳的情况，如温度控制、液位控制等。公式如下：

②增量式PID：一种速度闭环控制方法。基于当前位置误差的函数，直接调整系统的输出到目标值。应用于需要快速响应速度变化的场合，如电机控制、伺服控制等。公式如下：

二、PID_TEMP参数

①可以级联，在手动或自动模式下使用

②专为温度控制而设计，适用于加热或制冷应用

③提供了自整定比例、积分和微分参数的功能

④具有抗积分饱和功能并且能够对比例作用和微分作用进行加权

1、自整定功能

定义：按照一定的数学算法，通过外部输入信号激励系统，并根据系统的反应数据来计算 PID 参数。

以S7-1200为例，其提供了预调节和精确调节两种整定方式，以此获得最佳 PID 参数。

①预调节：在对输出值跳变的过程响应中，搜索拐点，根据受控系统的最大斜率与时间计算 PID 参数，如图所示。

常规要求：

• 已在循环中断OB中调用PID_Temp指令
• ManualEnable = FALSE
• Reset = FALSE
• PID_Temp处于下列模式之一:”未激活”、”手动模式”或”自动模式”
• 设定值和过程值均在组态的限值范围内

加热的相关要求：

• |设定值-过程值|>0.3*|过程值上限-过程值下限
• 设定值-过程值|>0.5*|设定值|
• 设定值>过程值

加热和制冷的相关要求：

• 在”基本设置”中已激活制冷输出
• 在”输出值的基本设置”中已激活切换加热/制冷的PID参数方式
• |设定值-过程值|>0.3*|过程值上限-过程值下限
• |设定值-过程值|>0.5*|设定值|
• 设定值>过程值

制冷的相关要求：

• 在”基本设置”中已激活制冷输出
• 在”输出值的基本设置”中已激活切换加热/制冷的PID参数方式
• 已成功执行”预调节加热”或”预调节加热和制冷”,尽量使用同一设定值。
• |设定值-过程值|<0.05*|过程值上限-过程值下限|

②精准调节：使过程值出现恒定受限的振荡，并根据此振荡的幅度和频率为工作点调节 PID 参数，如图所示。

常规要求：

• 已在循环中断OB中调用PID_Temp指令
• ManualEnable = FALSE
• Reset = FALSE
• 设定值和过程值均处于组态的限值范围内
• 控制回路已稳定在工作点
• 不能被干扰
• PID Temp处于未激活模式、自动模式或手动模式

加热的相关要求：

如果将PIDTemp组态为加热和制冷控制器,则在达到要开始调节的工作点时必须激活加热输出。也就是PidOutputSum>0.0。

制冷的相关要求：

• 已激活制冷输出
• 已激活切换加热/制冷的PID参数方式
• 在达到要开始调节的工作点时必须激活制冷输出。也就是PidOutpoutSum < 0.0

如果将PID_Temp用作加热/制冷控制器，则相应设定值对应的PID输出值必须符合以下要求:

• 精确调节加热的PID输出值为正
• 精确调节制冷的PID输出值为负

如果不满足上述条件，则可以为精确调节指定一个相反方向上的临时偏移量。

三、自整定操作步骤

1.在工艺对象里双击调试进入调试界面。

2.在调试界面里点击监视按钮转至在线模式。

3.在控制器的在线状态里选中 “Subst.Setpoint”（替代设定值），并输入设定值，这里假设工作点温度是 70℃，然后点击发送按钮。

4.选择调节模式，根据需要设置调节偏移量，点击 “Start” 启动调节，这时可以看到调节进度条在变化，当进度条完成时，调节状态显示系统已调节。

5.点击上传 PID 参数按钮，把 PID 参数的在线值上传到起始值。

6.回到工艺对象，可以看到 PID_Temp_1 显示在线离线不一致。这是因为上一步里上传了 PID 参数到离线项目，这时为了保持一致，需要下载一下这个工艺对象。