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西門子PLC模塊6ES7953-8LG11-0AA0

要用好PID調節，搞清楚PID的計算公式和PID參數的意義是很有必要的。下面是PID的公式：

    式中誤差信號e(t)=SP(t)–PV(t)，M(t)是PID控制器的輸出值，Kc是控制器的增益（比例系數），Ti和Td分別是積分時間和微分時間，Minitial是M(t)的初始值，實際上是積分的初始值。

    PID公式的前3項分別與誤差、誤差的積分和誤差的導數成正比。

    微分、積分是高等數學的概念，建議沒有學過高等數學的網友至少要搞清楚微分和積分的幾何意義，這對深入理解PID參數的意義有很大的幫助。

    積分對應于下圖中誤差曲線e(t)與坐標軸包圍的面積（圖中的灰色部分）。PID程序是周期性執行的，執行PID程序的時間間隔為Ts（即PID控制的采樣周期）。我們只能使用連續的誤差曲線上間隔時間為Ts的一些離散的點的值來計算積分，因此不可能計算出準確的積分值，只能對積分作近似計算。

    一般用下圖中的矩形面積之和來近似精確積分。當Ts較小時，積分的誤差不大。

    在誤差曲線e(t)上作一條切線（見下圖），該切線與x軸正方向的夾角α的正切值tgα即為該點處誤差的一階導數de(t)/dt。PID控制器輸出表達式中的導數用下式來近似：

    de(t)/dt≈Δe(t)/Δt=[e(n)-e(n-1)]/Ts，式中e(n)是第n次采樣時的誤差值，e(n-1)是第n-1次采樣時的誤差值。

    PID調節是目前應用泛調節控制規律，P比例、I積分、D微分控制，簡稱PID控制。

    比例控制是一種簡單的控制方式。比例作用大，可以加快調節，減少誤差，但是過大的比例，使系統的穩定性下降，甚至造成系統的不穩定。

    積分調節可以使系統消除穩態誤差。系統如果在進入穩態后存在穩態誤差，就必須引入“積分項”。比例+積分(PI)控制可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。

    微分作用能產生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調節作用消除。因此，可以改善系統的動態性能。。對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制能改善系統在調節過程中的動態特性。

    這是摘錄的一個PID參數調整的口訣，以供大家學習參考：

    參數整定找，從小到大順序查

    先是比例后積分，后再把微分加

    曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

    曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

    曲線偏離回復慢，積分時間往下降

    曲線波動周期長，積分時間再加長

    曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

    動差大來波動慢。微分時間應加長

    理想曲線兩個波，前高后低4比1

    一看二調多分析，調節質量不會低。

    這個順口溜流傳甚廣，我覺得可操作性很低（也可能是我的悟性不夠），我有很多疑問：

    “從小到大順序查“，查什么？

    一定要”先是比例后積分“嗎？直接用PI不好嗎？

    “曲線振蕩很頻繁”，是指振蕩頻率高還是振蕩次數多？

    什么是”比例度盤“？

    ”曲線漂浮繞大灣“什么意思？是指超調量大嗎？還是上升緩慢？

    ”曲線波動周期長“的周期是震蕩周期嗎？還是過度過程時間長？

    振蕩頻率和微分關系大嗎？微分的主要作用是什么？

    “理想曲線兩個波”，一個波是180度還是360度？兩個波是理想曲線，下圖的PV曲線理不理想？

    我用過S7-200和S7-200SMART的PID調節控制面板和PID參數自整定功能，被控制對象采用我編寫的子程序來模擬。被控對象的參數如下：增益為3.0，兩個慣性環節的時間常數為5s和2s。

    下面是自整定之前的曲線，超調量太大：

    下面是整定過程的曲線：

    下面是整定得到的參數的曲線：

    下面是另一組整定前的參數的曲線，過程變量PV曲線上升太慢：

    雖然整定前兩組PID參數相差很遠，兩次整定后得到PID參數差不多，使用整定得到的PID參數的曲線形狀也差不多。

    我覺得西門子的PID參數自整定是很好用的。

    要用好PID調節，搞清楚PID的計算公式和PID參數的意義是很有必要的。下面是PID的公式：

    式中誤差信號e(t)=SP(t)–PV(t)，M(t)是PID控制器的輸出值，Kc是控制器的增益（比例系數），Ti和Td分別是積分時間和微分時間，Minitial是M(t)的初始值，實際上是積分的初始值。

    PID公式的前3項分別與誤差、誤差的積分和誤差的導數成正比。

    微分、積分是高等數學的概念，建議沒有學過高等數學的網友至少要搞清楚微分和積分的幾何意義，這對深入理解PID參數的意義有很大的幫助。

    積分對應于下圖中誤差曲線e(t)與坐標軸包圍的面積（圖中的灰色部分）。PID程序是周期性執行的，執行PID程序的時間間隔為Ts（即PID控制的采樣周期）。我們只能使用連續的誤差曲線上間隔時間為Ts的一些離散的點的值來計算積分，因此不可能計算出準確的積分值，只能對積分作近似計算。

    一般用下圖中的矩形面積之和來近似精確積分。當Ts較小時，積分的誤差不大。

    在誤差曲線e(t)上作一條切線（見下圖），該切線與x軸正方向的夾角α的正切值tgα即為該點處誤差的一階導數de(t)/dt。PID控制器輸出表達式中的導數用下式來近似：

    de(t)/dt≈Δe(t)/Δt=[e(n)-e(n-1)]/Ts，式中e(n)是第n次采樣時的誤差值，e(n-1)是第n-1次采樣時的誤差值。

    1.模糊控制的關鍵點在于總結大量的實踐數據，然后做成黑匣子，看似神秘，實際都是經驗參數！

    2.模糊控制得到的數據是基于控制設備性能不變的情況下，是較為準確的。一旦使用時間長了，性能有所下降，這些經驗參數往往就會有很大的偏頗了。

    3.即使是同樣型號的不同設備，其所處于的工藝環境，工藝流程，工藝特性的不同，其性能也會有差別，因此不能做到模糊控制中同一數據的重復性使用。

    4.模糊控制的理念是很好的，起碼是超前控制，但就目前而言，其實用性，動態性還是不如傳統的PID。

    5.傳統PID是滯后控制，在目前的大多數工藝環境下，還是可以滿足控制的需求的。

    6.基于傳統PID的特點，也延展了不同的控制方式，如串級調節，三沖量調節，分程調節，步進式等等。

    7.個人覺得：隨著電子，網絡，計算機的飛速發展，傳統PID的滯后也會改善的更好，其動態調節特性是模糊控制所不能比擬的。

    搞清楚PID參數的物理意義，和PID參數與閉環系統性能指標的關系，對于指導我們調節PID至關重要。

    PID的控制原理可以用人對爐溫的手動控制來理解。首先看看比例部分的作用。

    搞清楚PID參數的物理意義，和PID參數與閉環系統性能指標的關系，對于指導我們調節PID至關重要。首先看看比例部分的作用。

    PID的控制原理可以用人對爐溫的手動控制來理解。操作人員用眼睛讀取數字儀表檢測到的爐溫的測量值，并與爐溫的設定值比較，得到溫度的誤差值。用手操作電位器，調節加熱的電流，使爐溫保持在設定值附近。

    操作人員知道使爐溫穩定在設定值時電位器的位置（我們將它稱為位置L），并根據當時的溫度誤差值調整電位器的轉角。爐溫小于設定值時，在位置L的基礎上順時針增大電位器的轉角，以增大加熱的電流；爐溫大于設定值時，在位置L的基礎上反時針減小電位器的轉角，以減小加熱的電流。令調節后的電位器轉角與位置L的差值與誤差成正比，誤差值越大，調節的角度越大。上述控制策略就是比例控制。

    閉環中存在著各種各樣的延遲作用。調節電位器轉角后，到溫度上升到新的轉角對應的穩態值時有較大的延遲。由于延遲因素的存在，調節電位器轉角后不能馬上看到調節的效果，因此閉環控制系統調節困難的主要原因是系統中的延遲作用。

    如果增益太小，調節的力度不夠，使溫度的變化緩慢，調節時間過長。如果增益過大，調節力度太強，造成調節過頭，可能使溫度忽高忽低，來回震蕩。

    如果閉環系統沒有積分作用，單純的比例控制有穩態誤差，穩態誤差與增益成反比。增益越大，穩態誤差越小，但是會使超調量增大，振蕩次數增加，甚至會使閉環系統不穩定。因此單純的比例控制很難兼顧動態性能和靜態性能。

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