PDF《PLC 的PID 自整定技术研究与实现》

011 时 为类型 Ⅰ 过程;

τ / T≈011 为类型 Ⅱ;

τ / T >

011 为类型 Ⅲ;

温 度控制对象τ / T 较大.其次 , 温度控制对象普遍都是大惯性 系统 , 即与控制量相比 , 被控量变化缓慢.再次 , 温度控制对 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第8期谢维:PLC 的PID 自整定技术研究与实现 ・1545 ・ 象还容易受到现场环境温度的影响[2 ] .因此 , 通过传统工程整 定方法很难获得合适的 PID 参数 , 而常规 PID 没有参数在线 自整定功能 , 最终导致控制效果不理想. PLC 使用的自整定算法基于 K 1J1Astrom 和T1 Hagglund 在1984 年提出的继电反馈算法 , 该算法在一个稳定的控制过 程中产生一个小幅度的持续振荡.根据过程变量振荡的周期和 幅度的变化 , 确定最终的频率和增益 , 并用它们求出 PID 控 制器的增益、积分时间常数和微分时间常数的推荐值.自整定 可用于正作用和反作用的 P、PI、PD、PID 回路的整定.Twi2 do 系列 PLC 尤其适用于热过程的自整定.进行自整定功能时 , 应确保控制过程和 PLC 满足以下要求 : ① 控制过程必须为开 环且稳定的系统 ;

② 自整定运行启动时 , 控制过程必须处于稳 态,且过程输入必须为空 (即炉子或烤箱应处于环境温度) ;

③ 自整定执行时 , 确保在整个过程中无扰动进入 , 否则计算的 参数将出错或自整定过程失败 (即不应打开炉门 , 即使片刻) ;

④ 配置 PLC 以周期模式执行扫描 , 且使采样周期 Ts 为扫描周 期的整数倍. 参数自整定的原理是通过可调节变量阶跃变化来激励过程 的执行 , 通过分析温度对象的闭环阶跃响应曲线 , 提取如静态 增益 K、上升时间 T 等特征参数 , 确定对象模型 , 然后基于 这些特征参数进行仿真和寻优 , 自整定 PID 参数.温度对象 的过程传递函数 Gp (s) = K

1 + Ts ・ e-τ s , 待定参数为 K、 τ 、T. 温度对象在阶跃信号的作用下 , 输出参数以图

2 中自整定曲线 上升 , 从初始值到达稳态值.在曲线的段间找拐点 , 过拐点作 切线与横轴及稳态直线相交 , 由交点在横轴上的投影点 , 可确 定模型参数 K、 τ 、T.针对已确定的模型及其参数 , 通过仿 真和寻优 , 确定 PID 控制算法的 Kp 、Ti 、Td 参数[3 ] . 图2PID 参数自整定原理框图 自整定可以独立使用 (AT 模式) 或与 PID 控制配合使用 (AT + PID) .AT 模式成功确定 PID 控制参数 Kp 、Ti 和Td 后,或在自整定算法中检测到错误后 , 自整定数字输出设置为

0 且PID 状态列表下拉框中显示消息 自整定完成 .AT + PID 模式 先启动 AT ;

成功完成 AT 后,根据自整定的 Kp 、Ti 和Td 参数,启动 PID 控制回路 ;

从AT 到PID 的切换是无扰动的.

112 PID 自整定执行过程 因为在不同设定点下整定的参数值不完全相同 , 自整定启 动前 , 应先将 PLC 的设定点设置在要控制的数值 (如为设定 点或中间值) 上.启动后 , PLC 强制系统产生扰动 , 经过 2~

3 个振荡周期后结束自整定状态.PLC 通过检测系统从超调恢 复到稳态的过渡特性 , 分析振荡的周期、幅度及波形来计算 PID 的最佳整定参数.理想的调节效果是设定点应与测量值保 持一致 , 可从动态 (设定点变化或扰动) 和稳态 (设定点固 定) 两方面来评价系统调节品质 , PID 参数通过自整定能够满 足大多数的系统.不同的系统由于惯性不同 , 自整定时间有所 不同 , 从几分钟到几小时不等.既可以手动模式也可以自动模 式启动自整定.通过可调节变量阶跃变化来激励过程的执行 , 在检测到拐点之后 , 通过计算可以获得 PID 参数 , 控制器也 将切换到自动模式 , 并继续使用这些参数进行控制. 图3PID 参数自整定过程响应曲线 如图