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1. 回路满足条件,启动PID自整定。

2. 计算自滞后和自偏移:如果选择自动确定滞后值/偏移值,PID 自整定器将进入滞后确定序列。该序列包含一段时间内的过程变量采样值(为了得到具有统计意义的采样数据,至少要有100个采样值。如果回路的采样时间为200毫秒,则采集100个样本需要20秒。采样时间较长的回路需要更多时间。即使回路的采样时间小于 200毫秒,从而采样100次的时间不需要20秒,滞后确定序列仍然需要至少20秒的采样时间。计算自滞后序列时,不能执行正常的PID计算,输出保持上一周期PID计算值。),然后根据采样结果计算出标准偏移。滞后参数了相对于设定值的偏移(正或负),PV(过程变量)在此偏移范围内时,不会导致控制器改变输出值。 偏移用于减小  信号中噪声的影响,从而更地计算出过程的固有振动频率。

3. 自整定序列:在得到滞后值和偏移值之后开始执行自整定序列(输出值的上述变化会导致过程变量值产生相应的变化。 当输出的变化使 PV 远离设定值以至于超出滞后区范围时,自整定器就会检测到过零事件。 每次发生过零事件时,自整定器将反方向改变输出。整定器会继续对 PV 进行采样,并等待下一个过零事件。要完成序列,整定器总共需要12次过零事件。过程变量的PV振动幅度和频率代表着控制过程增益和自然频率。),根据自整定过程期间采集到的过程的频率和增益的相关信息,能够计算出终增益和频率值。通过这些值可以计算出增益(回路增益)、复位(积分时间)和速率(微分时间)的建议值。

4. 自整定序列完成后,回路输出会恢复到初始值。 下一次执行回路时,将执行正常的 PID 计算。

想要了解PID自整定的详细过程,请查看S7-200系统手册第15章 PID自整定和PID控制面板 。

5.4. 通过编程启动自整定

PID自整定失败的原因

1. PID输出在大值与小值之间振荡(曲线接触到坐标轴)

解决方法:降低PID初始输出步长值(initial output step)

2. 经过一段时间后,PID自整定面板显示如下信息:“The Auto Tune algorithm was aborted due to a zero-crossing watchdog timeout.” 即自整定计算因为等待反馈穿越给定值的看门狗超时而失败。

解决方法: 确定在启动PID自整定前,过程变量和输出值已经稳定。并检查Watchdog Time的值,将其适当增大。

结果代码(在AT结果 ARES中查看)情况

01 由用户中止

EN位在调谐进行中被清除

02 由于过零看门狗超时而中止

半循环持续时间超过过零看门狗间隔

03 由于进程超出范围而中止

PV超出范围:
-在自动滞后序列过程中
-在第四次过零前两次
-在第四次过零后

04 由于滞后值超出大值而中止

用户的滞后值或自动确定的滞后值 > 大值

05 由于非法配置值而中止

下列范围检查错误:
-初始回路输出值 < 0.0 或 > 1.0
-用户的偏差值=滞后值或 > 大值
-初始输出步长=0.0 或 > 大偏差
-过零看门狗间隔时间 < 小值
-回路表中的抽样时间值为负数

06 由于数字错误而中止

遇到非法的浮点数或除数为零

07 执行PID指令时无使能位(手动模式

当自动调谐在进行中或被请求时PID指令以无使能位的方式执行

08 自动调谐只可用于P、PI、PD或PID等回

回路类型不是P、PI、PD或PID

用户经常会遇到这样的问题:尝试了很多组PID参数,都无法满足控制器的要求, 此时需要考虑PID的采样时间是否适合当前系统。采样时间就是对反馈进行采样的间隔。短于采样时间间隔的信号变化是不能测量到的。采样时间过短,两次实测值的变化量太小,也不合适,而且增加PLC的运算负担;采样间隔过长,将会引起有用信号的丢失,使系统品质变差,不能满足扰动变化比较快、或者速度响应要求高的场合。除此以外,也有可能是系统自身的问题,无法调节到稳定,例如, 不规律的干扰,或者反馈信号不稳定。

4.3. 手动调节PID至稳定问题与解决方法:

1. PID输出总是输出很大的值,并在这一区间内调节变化。

产生原因:增益(Gain)值太高
PID扫描时间(sample time)太长(对于快速响应PID的回路)

解决方法:降低增益(Gain)值并且/或选择短一些的扫描时间

2. 过程变量超过设定值很多(超调很大)

产生原因:积分时间(Integral time)可能太高。

解决方法:降低积分时间 3. 得到一个非常不稳定的PID。

如果用了微分,可能是微分参数有问题

没有微分,可能是增益(Gain)值太高

解决方法:

调整微分参数到0-1的范围内

根据回路调节特性将增益值降低,低可从0.x 开始逐渐增大往上调,直到获得稳定的PID。

启动自整定先决条件:

要进行自整定的回路必须处于自动模式

在开始PID自整定调整前,整个PID控制回路必须工作在相对稳定的状态(稳定的PID是指过程变量接近设定值,输出不会不规则的变化,且回路的输出值在控制范围中心附近变化。)

理想状态下,自整定启动时,回路输出值应该在控制范围中心附近。 自整定过程在回路的输出中加入一些小的阶跃变化,使得控制过程产生振荡。 如果回路输出接近其控制范围的任一限值,自整定过程引入的阶跃变化可能导致输出值超出小或大范围限值。 如果发生这种情况,可能会生成自整定错误条件,当然也会使推荐值并非化。

为什么启动自整定之前,需要PID控制回路工作在相对稳定状态?

启动自整定后,回路计算自滞后序列时,不能执行正常的 PID 计算,此时回路输出时一个定值,不会根据偏差变化。 因此,在启动自整定序列之前,控制过程应处于稳定状态。 这样可以得到更好的滞后值结果,同时也可以保证自滞后序列期间控制过程不会失控。

5.2. PID自整定参数介绍

S7-200 中的 PID自整定参数是回路表40-80字节,见下图:


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