实验5-PID模拟量控制

模拟量闭环控制一般用PID。

需要较好的动态品质和较高的稳态精度时，可以选用PI控制方式；控制对象的惯性滞后较大时，应选择PID控制方式。

各部分的作用如下：
在P，I，D这三种控制作用中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。

比例系数KC越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于大多数系统，KC过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。

控制器中的积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化，因此积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度。

但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响，因此很少单独使用。

积分时间常数TI增大时，积分作用减弱，系统的动态性能(稳定性)可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。

根据误差变化的速度(即误差的微分)，微分部分提前给出较大的调节作用。

微分部分反映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预测的特点。

微分时间常数增大时，超调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。

目录实验目的 (2)实验原理 (2)一、通用空调机组原理图 (2)二、空调机组控制方案 (3)三、实验中的控制对象介绍 (3)四、本实验中的控制策略 (4)（一）、方框图： (4)（二）、水阀控制： (5)（三）、风阀的控制 (6)五、C ARE软件使用过程 (6)实验过程 (7)一、创建一个新的工程、项目、设备 (7)二、绘制设备原理图 (7)三、点属性编辑 (8)四、增加软件点 (9)五、绘制控制策略图 (9)1、线路示意图 (10)六、软件点的定义（开关逻辑） (11)1、加湿控制的开关逻辑(L UO_H UMID E N)： (12)2、送风机启停控制(L UO_F AN E N)： (12)3、排风机启停控制的开关逻辑(EF_F AN E N)： (12)4、新风阀的开关逻辑(LUO_F A D MPR)： (12)5、回风阀的开关逻辑(LUO_R A D MPR)： (12)6、水阀的开关逻辑（LUO_V LV）: (12)七、时间程序编写： (13)1、创建时间程序 (13)2、编写日程序： (13)3、编写周程序： (14)十一、端子位分配界面 (15)实验目的1、通过本实验了解空调机组的控制和工作原理，并能通过实验仿真，模拟实际工况。

2、通过本实验加深对PID算法的理解，掌握利用PID算法对空调温湿度的控制方法。

3、学会CARE软件的使用方法，能够独立完成整个实验过程。

实验原理一、通用空调机组原理图空调机组基本原理图如上图所示，其各点所注释如下：1.模拟量温度传感器--用于测量区间温度.2.数字量输入压差开关--用于检测风机状态.3.数字量输入防霜冻传感器--用于防霜冻检测.4.数字量输入压差开关--用于检测滤网状态(清洁或报警) .5.模拟量输入温度传感器--用于检测混合风温度.6.模拟量输出新风风门驱动器--用于控制新风风门的开关状态及开关位置.7.模拟量输出混合风风门驱动器--用于控制混合风风门的开关及开关位置.8.数字量输出风机运行控制--用于控制风机的启动/停止.9.数字量输入风机故障状态--用于检测风机故障(正常/故障) .10.模拟量输出冷水阀驱动器--用于控制冷水阀的开度.11.模拟量输出热水阀驱动器--用于控制热水阀的开度.二、空调机组控制方案1、空调机，新风阀门，水阀联锁动作。

模拟量 PID控制在推钢机双油缸同步性上的应用摘要：中型材热送推钢机为双比例阀双油缸同步运行，原系统两个油缸采用的控制方式是一种开环的调节方式，调节响应速度慢，能力有限，无法满足正常生产。

本文提出了一种模拟量PID闭环控制，取两个油缸位置差值为实际值，设定值为0，通过连续PID控制器来进行不断调节，取得了很好的使用效果。

关键词：推钢机；双油缸；PID；比例阀1前言液压缸是将液压能转换为直线运动或摆动运动的执行元件，液压传动是机械运动中广泛应用的一种传动方式。

在实际的使用中，双油缸系统进行同步动作的情况非常常见，由于负载变化、轨道磨损、油路泄漏、油缸质量问题等因素的影响，很难实现双油缸的高精度同步。

因此，在无法改变机械结构的基础上，又考虑到适用性与经济性等问题，通过电气控制系统来保证双油缸的同步性就显得意义很大。

2热送推钢机双油缸同步系统2.1 工况简介热送推钢机是中型材生产线钢坯红送入炉的源头设备，也是极其关键的设备之一，它的作用的将2#连铸机过来的钢坯推至热坯台架上。

一旦热送推钢机无法正常运行，将直接影响钢坯的红送。

热送推钢机由南北两个油缸构成，两个油缸前端共同连接着推头，两个油缸之间通过导向杆连接，对南北两个油缸的同步性起到一定的调节作用。

热送推钢机南北油缸的液压控制集中在一个阀台上，南北油缸各由一个比例阀控制油缸的运行速度，当推钢机将钢坯从辊道推至过渡台架上后就会返回到原位，推钢机单次推钢根数最大为6根，钢坯的规格为150*150mm、160*200mm，南北油缸的最大行程为2550mm。

2.2 原推钢机南北油缸同步系统在运行中的问题热送推钢机南北缸均设置了四个限位，分别为后限位、超后限位、前限位和超前限位，其中后限位与前限位是推钢机前进与返回的自动动作条件，超后限位与超前限位是保护条件，初始状态下只有当南北油缸在后限位时，推钢机才可以自动前进，当推钢机运行至前限位时，推钢机会执行返回操作，一旦推钢机在前进过程中超前限位到，则推钢机停止前进，一旦推钢机在返回过程中超后限位到，则推钢机停止返回。

FX5U和三菱F800系列变频器PID控制本次实验主要是测试FX5U PLC与三菱变频器，通过PID调节控制，进行流量，风量或者压力等的过程控制；PID 动作是P（比例）和I（积分）及D （微分）动作的总和，PID 动作是将PI 动作和PD 动作组合后的动作功能，可以实现充分吸取各项动作长处后的控制；由端子2 输入信号或参数设定值作为目标和端子4 输入信号作为反馈量组成PID 控制的反馈系统。

一、系统配置PLC: FX5U-32MT/ES变频器：FR-F840-00170(7.5K)-2(CA)-60电机：三相异步电机线缆：若干线缆二、接线1、PLC端：FX5U相关信号的发送接收变频器：接线对应：PLC 0V----COM0 PLC 24V----PC0V----SE 24V----S/SY0----STF Y1-----RTX0----SU X1----IPFX2----OL X3----FU这里主要设置基本控制，模拟量的测量反馈未设置，根据实际情况设置三、参数设置① Pr.128=20，设定PID动作，目标值输入以及测定值驶入，偏差值输入，参照下表PID动作，当进行PID控制时需要根据实际情况来判断是正作用或负作用，这里选择的是负作用，判断可参照下面；目标值可通过2号端子或参数Pr.133，这里是设参数为目标值② Pr.131=50（PID上限）这里设置的是百分比，如果反馈量超过此设定，就输出FUP 信号。

测定值的最大输入（20mA/5V/10V）等于100%，例如测定反馈的是压力，对于压力表最大量程为0-60Mpa，那么60对应的100%，上限设为50%对应实际上限就是30Mpa。

③ Pr.132=30（PID下限）如果检测值超过此设定，就输出FDN 信号。

④ Pr.133=40（PID 动作目标值）设定PID 控制时的设定值这三个参数根据实际情况设定下面为PID控制过程中输入输出信号的设定⑤ Pr.183=14（设定RT端子输入PID开始信号）⑥ Pr.191=47 （设定SU端子输出PID控制中信号）⑦ Pr.192=16 （设定IPF端子输出PID正反动作信号）⑧ Pr.193=14 （设定OL端子输出PID下限信号）⑨ Pr.194=15 （设定FU端子输出PID上限信号）⑩ Pr.129=PID 比例范围测量值的微小变化会引起执行量的很大改变，当执行量上下波动大，稳定性变差，修改此参数可提高稳定性，影响灵敏度，增益Kp ＝ 1/ 比例常数，值越大，灵敏度越高，稳定性变差⑪ Pr.130=PID 积分时间随着积分时间的减少，到达设定值就越快，但也容易发生振荡。

PID控制原理与参数的整定方法1．比例控制有经验的操作人员手动控制电加热炉的炉温，可以获得非常好的控制品质，PID控制与人工控制的控制策略有很多相似的地方。

下面介绍操作人员怎样用比例控制的思想来手动控制电加热炉的炉温。

假设用热电偶检测炉温，用数字仪表显示温度值。

在控制过程中，操作人员用眼睛读取炉温，并与炉温给定值比较，得到温度的误差值。

然后用手操作电位器，调节加热的电流，使炉温保持在给定值附近。

操作人员知道炉温稳定在给定值时电位器的大致位置（我们将它称为位置L），并根据当时的温度误差值调整控制加热电流的电位器的转角。

炉温小于给定值时，误差为正，在位置L的基础上顺时针增大电位器的转角，以增大加热的电流。

炉温大于给定值时，误差为负，在位置L的基础上反时针减小电位器的转角，并令转角与位置L的差值与误差成正比。

上述控制策略就是比例控制，即PID 控制器输出中的比例部分与误差成正比。

闭环中存在着各种各样的延迟作用。

例如调节电位器转角后，到温度上升到新的转角对应的稳态值时有较大的时间延迟。

由于延迟因素的存在，调节电位器转角后不能马上看到调节的效果，因此闭环控制系统调节困难的主要原因是系统中的延迟作用。

比例控制的比例系数如果太小，即调节后的电位器转角与位置L的差值太小，调节的力度不够，使系统输出量变化缓慢，调节所需的总时间过长。

比例系数如果过大，即调节后电位器转角与位置L的差值过大，调节力度太强，将造成调节过头，甚至使温度忽高忽低，来回震荡。

增大比例系数使系统反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态误差。

但是比例系数过大会使超调量增大，振荡次数增加，调节时间加长，动态性能变坏，比例系数太大甚至会使闭环系统不稳定。

单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处，完全消除误差。

2．积分控制PID控制器中的积分对应于图1中误差曲线与坐标轴包围的面积（图中的灰色部分）。

PID控制程序是周期性执行的，执行的周期称为采样周期。

计算机的程序用图1中各矩形面积之和来近似精确的积分，图中的TS就是采样周期。

编号：实验一普通PI控制方法的设计与实现一、实验目的1. 掌握数字PI及其算法的实现2. 熟悉在在keil环境下进行单片机程序的设计3. 熟悉仿真软件protues的使用二、实验设备及条件1. 计算机系统2. 编程软件keil4和仿真软件protues7.8三、实验原理及其实验步骤(1) PID算法的数字化实现在模拟系统中，PID算法的表达式为u(t)=K P[e(t)+1T I∫e(t)dt+T Dde(t)dt]式中u(t)：调节器的输出信号；e(t)：调节器的偏差信号，它等于测量值与给定值之差；Kp：调节器的比例系数；T I：调节器的积分时间；TD：调节器的微分时间；离散化的PID为：u(k)=K P[e(k)+TT I∑e(j)kj=0+T DT(e(k)−e(k−1))]Δt=T：采样周期，必须使T足够少，才能保证系统有一定的精度；E(k)：第K次采样时的偏差值；E(k-1) ：第K-1次采样时的偏差值；K：采样序号，K=0，1，2……；P(k-1)：第K次采样时调节器的输出；上式计算复杂，经过化简为：u(k)=u(k−1)+K P[e(k)−e(k−1)]+K I e(k)+K D[e(k)−2e(k−1)+e(k −2)]式中：K I=K P TT I为积分系数K D=K P T DT为微分系数要计算第K次输出值u(k)，只需要知道u(k-1)，e(k)，E(k-1)，e(k-2)即可。

上式也称为位置型PID的位置控制算法。

在很多控制系统中，由于执行机构是采用布进电机进行控制，所以只要给一个增量信号即可。

因此得到增量型PID的位置控制算法。

∆u=K P[e(k)−e(k−1)]+K I e(k)+K D[e(k)−2e(k−1)+e(k−2)] (2) 控制系统的结构框图整个系统的控制框图如下所示：图1 PID控制系统结构框图在本次设计中，经过计算，被控对象的传递函数是：G(s)=1 (SCR)2+3SCR+1其中：C=10uf，R=20K；带入上式后可得：G(s)=10.04S2+0.6S+1显然是一个二阶系统。

PID 温度控制实验PID( Proportional Integral Derivative)控制是最早发展起来的控制策略之一，它根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量对系统进行控制。

当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID 控制技术。

由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。

PID 调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是PID 参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。

本实验以PID 温度控制为例，通过此实验可以加深对检测技术、自动控制技术、过程控制等专业知识的理解。

一、实验目的 1、了解PID 控温原理2、掌握正校实验的方法，并用正交实验法来确定最佳P 、I 、D 参数3、会求根据温度变化曲线求出相应的超调量、稳态误差和调节时间的方法 二、仪器与用具加热装置、加热控制模块、单片机控制及显示模块、配套软件、电脑。

三、实验原理1、数字PID 控制原理数字PID 算法是用差分方程近似实现的, 用微分方程表示的PID 调节规律的理想算式为:01()()[()()]tP D I de t u t K e t e t dt T T dt=++⎰ （1）单片机只能处理数字信号，上式可等价于:10[()]nDn P n i n n i IT TU K e e e e T T-==++-∑ （2）（2）式为位置式PID 算法公式。

也可把（2）式写成增量式PID 算法形式:1112[(2)]D n n n P n n n n n n I T TU U U K e e e e e e T T----∆=-=-++-+ （3） 其中, e n 为第n 次采样的偏差量；e n-1为第n- 1次采样的偏差量；T 为采样周期；T I 为积分时间；T D 为微分时间；K P 为比例系数。