随动系统中的PID调节
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想当初，偶自学了计算机专业，一心想找个软件开发的工作，记得那时最火的还是数据库方面的软件开发，有一次去计算机研究所面试，人家问我会PB吗？我说只会VB,然后人家就给我讲了一通想搞软件需要有什么什么样的基础。。。。，再然后我就回家等着了。后来，却机缘巧合的走上了自动化控制这条道路。 回想起这十多年的从业经历，由于不是学自动化控制专业的，所以碰到了无数的难题（相对于当时来讲），好在没有咱工程师解决不了的事，每次都在经历了挫折与成功的反复磨练后，最终实现了控制要求。下面就讲讲我在随动系统中的PID调节经历吧！ 控制系统要求实现PID调节的功能，PID的设定值是一个实时变化的随机量（来自于冲板流量计的瞬时值），要求输出量（失重式给料机的给料量）能够及时、准确的跟随设定值的变化，做出快速、准确的响应。 刚开始接触PID调节，可谓是一头雾水，只知道P 就是比例，就是输入偏差乘以一个系数；I 就是积分，就是对输入偏差进行积分运算；D 就是微分，对输入偏差进行微分运算。 具体该怎么用不知道，参数该如何整定不清楚，于是跑到了书店，翻开了一本《自动控制原理》，看着满书的公式推导，心里倍感压力巨大，没看懂就灰溜溜的回来了。 当时手里有本S7-200的系统手册，里面有一段PID的程序和相关讲解，仔细读了好几遍，有那么一点点明白了，又下载了S7-300的FB41功能块的说明，看得似懂非懂的，不管了，先写好程序再说。很快设备就组装好了，还不能发给客户，因为我的程序还没调试，于是便主动加班加点的开始了调试工作。 系统震荡-- 为了方便调试，我先是将设定值给一个恒值进行调试，没想到一开始就碰到了难题，设备运转起来后，只见变频器面板在0-50HZ之间来回变换着数字，电机也跟着嗡嗡的喘着，系统震荡了，改了几次参数都是如此，调试一开始就陷入了僵局。（当时还不清楚P值先要给小点，积分时间先要给长点，开始时P和I不要同时调整，P整定差不多了，再整定I，心里想到个参数就试一个参数，结果折腾一天还是个老样子）晚上躺在床上睡不着，脑子里不停地思考着，该从何下手呢，我显然是没找着窍门啊。 第二天一大早，坐在电脑前，一边查着资料（当时公司已经可以通过ADSL上网了，虽然速度有点慢）一边梳理思路，如何才能不超调呢？既然是超调了，说明调节量太大了，那如何才能每次一点一点的调呢？对了，先把P值改小点，随即降到了一半，有点效果了，再降一半试试，这时的P值整整缩小了10倍，设备启动，频率一点一点奔到了给定值附近，一点也不超调了，找着感觉了（我暗自欣喜），再稍稍将P值改大点，经过几次调整，P值确定了，可感觉上P取值太小了，可再大些就又波动了。 再调整一下积分试试，而积分有啥作用，它和时间又有啥关系呢？带着疑问，我又开始了I值的整定，根据P值调整的经验，我迫不及待的给I值缩小了10倍，结果系统又开始了昨天的震荡，咦？这是怎么回事，反复试了几次，找出了点规律，原来I值越小，调节的越厉害。哈哈！终于发现了点小门道。再经过多次调整，系统终于受我控制了，可每次都要20多秒才能调节好，我又开始着急上火了。 调节周期-- 还可以调整哪里呢？仔细想了几天，依然没有结果，偶然的将FB41放到了OB1里，奇迹发生了，很短时间就调到位了，又把FB41的说明仔细读了一遍，当时看那些图表和说明简直就是煎熬，就参数表能看明白，还对有些参数不理解，经过一个参数一个参数的梳理，只见采样周期的参数后面写着，采样时间的取值要与OB35的设定值保持一致，于是打开CPU的属性设置对话框，查看OB35的时间为100MS,这显然比OB1的扫描时间要慢的多，将OB35时间调整到10MS,实验结果比原先好多了。 多参数调节-- 解决了前几天的问题，系统调试开始了重点环节，模拟设定值的变化，看看阶跃响应的速度如何，再测量一下这时的给料量，看能否满足设计要求，结果数据大都超出了精度要求的范围，还是没调好啊，可该调的地方都调了呀，我开始有些郁闷了，难道就是这样的效果了，我有些不甘心，改了不同的参数，将实验数据都一一记录了下来，经过认真分析发现：稳态时小参数（P值小，I值一定）数据精度比较高，但动态跟随缓慢；随动时大参数（P值大，I值一定）阶跃响应很好，但数据误差大；实时性和稳定性是相互制约的，要如何做才能鱼和熊掌兼得呢？我灵机一动，在调MM440变频器时不是用了两套参数组吗，我何不也设计两套参数，根据设定值与反馈值的偏差，设定一个偏差带，偏差较大时，用调节作用比较强的一组参数，一旦调到设定值附近（偏差带以内），就切换至调节作用比较弱的一组参数，避免出现超调，引起系统震荡。经过多组参数处理后，我实验的给料精度已经可以满足要求了，自动跟随的性能也控制在了3秒以内。 无扰切换-- 设备每过一段时间需要往料仓里加一次料，由于是失重给料方式，在加料期间反馈队列里的数据是不准确的，这个时候不能用PID功能，需要切换为随动开环方式，这很容易做到，MAN值始终是根据流量计计算出来的（与SP_INT始终保持一致），直接将LMN_ON设置为1，即可切为手动，可手动切换回自动可就要注意了，这要把握两点：1、PID的反馈值（PV_IN）已经检测正常。2、先将此时的反馈值（PV_IN）给SP_INT，之后再恢复到正常的调节。其实随动系统的PID本身就有一定的抗扰动能力。 小节-- 通过这次随动系统的PID调节，让我感觉到做PID调节控制其实很有意思，它就像具备一定的智能一样，随时检测着反馈信号，一旦发现反馈值偏离了给定值，就给出相应的控制力量，即使干扰随时存在，都能够排除干扰，因为控制器早已具备了应对的策略。 |
