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更新時(shí)間：2019-04-04

湖南嘉普云自動(dòng)化設(shè)備有限公司致力于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)、工程配套和系統(tǒng)集成，擁有豐富的自動(dòng)化產(chǎn)品的應(yīng)用和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及雄厚的技術(shù)力量，尤其以 PLC復(fù)雜控制系統(tǒng)、傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用、伺服控制系統(tǒng)、數(shù)控備品備件、人機(jī)界面及網(wǎng)絡(luò)軟件應(yīng)用為公司的技術(shù)特長(zhǎng)，為廣大用戶提供了SIEMENS的 技術(shù)及自動(dòng)控制的解決方案。湖南嘉普云自動(dòng)化設(shè)備有限公司在經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中精益求精，具備如下業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)：
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西門子611-D軸卡

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理解PID方程的微分項(xiàng)

微分項(xiàng)值MD與偏差的變化成正比。S7-200使用下列算式來(lái)求解微分項(xiàng)：

MDn =  KC * TD /  TS * ((SPn -- PVn) -- (SPn -- 1 -- PVn -- 1))

為避免由于設(shè)定值變化的微分作用而引起的輸出中階躍變化或跳變，對(duì)此方程式進(jìn)行改進(jìn)，假定設(shè)定

值恒定不變(SPn = SPn -- 1)。這樣，可以用變量的變化替代偏差的變化，計(jì)算算式可改進(jìn)為：

MDn =  KC * TD /  TS * (SPn -- PVn -- SPn + PVn -- 1)

或

MDn =  KC * TD /  TS * (PVn -- 1 -- PVn)

其中： MDn 是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出微分項(xiàng)的數(shù)值

KC 是回路增益

TS 是回路采樣時(shí)間

TD 是回路的微分周期(也稱為微分時(shí)間或速率)

SPn 是在采樣時(shí)間n時(shí)設(shè)定點(diǎn)的數(shù)值

SPn--1 是在采樣時(shí)間n--1時(shí)設(shè)定點(diǎn)的數(shù)值

PVn 是在采樣時(shí)間n時(shí)變量的數(shù)值

PVn--1 是在采樣時(shí)間n--1時(shí)變量的數(shù)值

為了下一次計(jì)算微分項(xiàng)值，必須保存變量，而不是偏差。在采樣時(shí)刻，初始化為

PVn -- 1=PVn 。

回路控制類型的選擇

在許多控制中，只需要一種或兩種回路控制類型。例如只需要比例回路或者比例積分回路。通過(guò) 設(shè)置常量參數(shù)，可以選擇需要的回路控制類型。

如果不想要積分(PID計(jì)算中沒有 I")，可以把積分時(shí)間(復(fù)位)置為無(wú)窮大 INF"。即使沒有積  分作用，積分項(xiàng)還是不為零，因?yàn)橛谐踔礛X。

如果不想要微分回路，可以把微分時(shí)間置為零。

如果不想要比例回路，但需要積分或積分微分回路，可以把增益設(shè)為0.0。會(huì)在計(jì)算積分項(xiàng)和微

分項(xiàng)時(shí)，把增益當(dāng)作1.0看待。

回路輸入的轉(zhuǎn)換和化

每個(gè)回路有兩個(gè)輸入量，設(shè)定值和變量。設(shè)定值通常是一個(gè)固定的值，比如設(shè)定的汽車速度。過(guò) 程變量是與PID回路輸出有關(guān)，可以衡量輸出對(duì)控制作用的大小。在汽車速度控制的實(shí)例中，變量應(yīng)該是測(cè)量輪胎轉(zhuǎn)速的測(cè)速計(jì)輸入。

設(shè)定值和變量都可能是現(xiàn)實(shí)的值，它們的大小、范圍和工程單位都可能不一樣。在PID指令 對(duì)這些現(xiàn)實(shí)的值進(jìn)行運(yùn)算之前，必須把它們轉(zhuǎn)換成的浮點(diǎn)型表達(dá)形式。

轉(zhuǎn)換的步是把16位整數(shù)值轉(zhuǎn)成浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)值。下面的指令序列提供了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的：

ITD AIW0，AC0 //將輸入值轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)。DTR AC0， AC0 //將32位雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)。

下一步是將現(xiàn)實(shí)的值的實(shí)數(shù)值表達(dá)形式轉(zhuǎn)換成0.0~1.0之間的化值。下面的算式可以用于標(biāo) 準(zhǔn)化設(shè)定值或變量值：

RNorm = ((RRaw / 跨度) + 偏移量)

其中： RNorm 是現(xiàn)實(shí)數(shù)值的化的實(shí)數(shù)值表達(dá)式

RRaw 是現(xiàn)實(shí)數(shù)值的未化的或原始的實(shí)數(shù)值表達(dá)式

偏移量 對(duì)于單極性為0.0

對(duì)于雙極性為0.5

跨度是可能值減去可能值：

對(duì)于單極性數(shù)值(典型值)為32,000 對(duì)于雙極性數(shù)值(典型值)為64,000

下面的指令序列顯示如何在AC0中將作為以前指令序列延續(xù)的雙極性值(其跨度為64,000)進(jìn)行 化：

/R 64000.0, AC0 //累加器中的化值

+R 0.5, AC0 //加上偏置，使其在0.0~1.0之間

MOVR AC0, VD100 //化的值存入回路表

回路輸出值轉(zhuǎn)換成刻度整數(shù)值

回路輸出值一般是控制變量，比如，在汽車速度控制中，可以是油閥開度的設(shè)置。回路輸出是0.0和

1.0之間的一個(gè)化了的實(shí)數(shù)值。在回路輸出可以用于驅(qū)動(dòng)模擬輸出之前，回路輸出必須轉(zhuǎn)換成一個(gè)16位的標(biāo)定整數(shù)值。這一，是將PV和SP轉(zhuǎn)換為值的逆。步是使用下面給出的公 式，將回路輸出轉(zhuǎn)換成一個(gè)標(biāo)定的實(shí)數(shù)值：

RScal = (Mn -- 偏移量) * 跨度

其中： RScal 是回路輸出經(jīng)過(guò)標(biāo)定的實(shí)數(shù)值

Mn 是回路輸出化的實(shí)數(shù)值

偏移量 對(duì)于單極性值為0.0，對(duì)于雙極性值為0.5

跨度 值域大小，可能的值減去可能的值對(duì)于單極性為32,000 (典型值)

對(duì)于雙極性為64,000 (典型值)

這一可以用下面的指令序列完成：

MOVR VD108, AC0 //把回路輸出值移入累加器

- R 0.5, AC0 //僅雙極性有此句

*R 64000.0, AC0 //在累加器中刻度值

下一步是把表示回路輸出的實(shí)數(shù)刻度值轉(zhuǎn)換成16位整數(shù)?？赏ㄟ^(guò)下面的指令序列來(lái)完成：

ROUND AC0，AC0 //把實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換為32位整數(shù)

DTI AC0, LW0 //把32位整數(shù)轉(zhuǎn)換為16位整數(shù)MOVW LW0，AQW0 //把16位整數(shù)寫入模擬輸出寄存器

正作用或反作用回路

如果增益為正，那么該回路為正作用回路。如果增益為負(fù)，那么是反作用回路。(對(duì)于增益值為0.0的

I或ID控制，如果積分時(shí)間、微分時(shí)間為正，就是正作用回路；如果為負(fù)值，就是反作用回

路。)

變量和范圍

變量和設(shè)定值是PID運(yùn)算的輸入值。因此回路表中的這些變量只能被PID指令讀而不能被改寫。

輸出變量是由PID運(yùn)算產(chǎn)生的，所以在每一次PID運(yùn)算完成之后，需更新回路表中的輸出值， 輸出值被限定在0.0~1.0之間。當(dāng)輸出由手動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻ID(自動(dòng))控制時(shí)，回路表中的輸出值可以用來(lái)初始化輸 出值。(有關(guān)PID指令的詳見下面的 控制"一節(jié))。

如果使用積分控制，積分項(xiàng)前值要根據(jù)PID運(yùn)算結(jié)果更新。這個(gè)更新了的值用作下一次PID運(yùn)算的輸 入，當(dāng)計(jì)算輸出值超過(guò)范圍(大于1.0或小于0.0)，那么積分項(xiàng)前值必須根據(jù)下列公式進(jìn)行：

MX =  1.0 -- (MPn + MDn) 當(dāng)計(jì)算輸出Mn   1.0

或

MX = --  (MPn + MDn) 當(dāng)計(jì)算輸出Mn   0.0

其中： MX 是過(guò)的偏差的數(shù)值

MPn 是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出的比例項(xiàng)的數(shù)值

MDn 是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出的微分項(xiàng)的數(shù)值

Mn 是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出的數(shù)值

這樣積分前值，一旦輸出回到范圍后，可以的響應(yīng)性能。而且積分項(xiàng)前值也要在

0.0~0.1之間，然后在每次PID運(yùn)算結(jié)束之后。把積分項(xiàng)前值寫入回路表，以備在下次PID運(yùn)算中 使用。

用戶可以在執(zhí)行PID指令以前修改回路表中積分項(xiàng)前值。在實(shí)際運(yùn)用中，這樣做的目的是找到由于積 分項(xiàng)前值引起的問(wèn)題。手工積分項(xiàng)前值時(shí)，必須小心謹(jǐn)慎，還應(yīng)保證寫入的值在0.0~1.0之間。

回路表中的給定值與變量的差值(e)是用于PID運(yùn)算中的差分運(yùn)算， 用戶不要去修改此值。

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