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西门子611D伺服驱动器
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PID回路控制指令(PID)根据输入和表(TBL)中的组态信息，对
相应的LOOP执行PID回路计算。
使ENO=0的错误条件：
■ SM1.1 (溢出)
■ 0006 (间接寻址)
受影响的特殊存储器位：
■ SM1.1 (溢出)
PID回路指令(包含比例、积分、微分回路)可以用来进行PID运
算。但是，可以进行这种PID运算的前提条件是逻辑堆栈栈顶
(TOS)值必须为1。该指令有两个操作数：作为回路表起始地址
的“表"地址和从0到7的常数的回路编号。
在程序中多可以用8条PID指令。如果两个或两个以上的PID指令用了同一个回路号，那么即使这些 指令的回路表不同，这些PID运算之间也会相互干涉，产生不可预料的结果。
回路表包含9个参数，用来控制和PID运算。这些参数分别是变量当前值(PVn)，变量前 值(PVn- 1)，设定值(SPn)，输出值(Mn)，增益(Kc)，采样时间(Ts)，积分时间(TI)，微分时间(TD)和积分项前值(MX)。
为了让PID运算以预想的采样工作，PID指令必须用在定时发生的中断程序中，或者用在主程序 中被定时器所控制以一定执行。采样时间必须通过回路表输入到PID运算中。
自整定功能已经集成到PID指令中。对于自整定的详细描述，参考第15章。PID整定控制面板只能用 于由PID向导创建的PID回路。
表6--43 PID回路控制指令的有效操作数
输入/输出 | 数据类型 | 操作数 |
TBL | BYTE | VB |
LOOP | BYTE | 常数(0到7) |
指令向导
STEP 7- Micro/WIN提供了PID指令向导，指导您定义一个闭环控制的PID算法。在命令菜单中
选择工具 > 指令向导，然后在指令向导窗选择PID指令。
理解PID算法
PID控制器调节输出，保证偏差(e)为零，使达到状态。偏差(e)是设定值(SP)和变量
(PV)的差。PID控制的原理基于下面的算式；输出M(t)是比例项、积分项和微分项的函数。
输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项 t M(t) = KC * e + KC fle dt + Minitial + KC * de/dt 0 其中： M(t) 是作为时间函数的回路输出 KC 是回路增益 e 是回路误差(设定值和变量之间的差) Minitial 是回路输出的初始值 |
为了能让数字计算机处理这个控制算式，连续算式必须离散化为周期采样偏差算式，才能用来计算输 出值。数字计算机处理的算式如下：
n Mn = Kc * en + KI * Σex + + KD * (en--en - 1) 1 Minitial 输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项 其中： Mn 是在采样时刻n，PID回路输出的计算值 KC 是回路增益 en 是采样时刻n的回路误差值 en -- 1 是回路误差的前一个数值(在采样时刻n--1) ex 是采样时刻x的回路误差值 KI 是积分项的比例常数 Minitial 是回路输出的初始值 KD 是微分项的比例常数 |
从这个公式可以看出，积分项是从第1个采样周期到当前采样周期所有误差项的函数。微分项是当前 采样和前一次采样的函数，比例项仅是当前采样的函数。在数字计算机中，不保存所有的误差项，实 际上也不必要。
由于计算机从次采样开始，每有一个偏差采样值必须计算一次输出值，只需要保存偏差前值和积 分项前值。作为数字计算机解决的重复性的结果，可以在任何采样时刻必须计算的方程的一个简 化算式。简化算式是：
Mn = Kc * en + KI * en + MX + KD * (en--en - 1) 输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项其中： Mn 是在采样时间n时，回路输出的计算值 KC 是回路增益 en 是采样时刻n的回路误差值 en -- 1 是回路误差的前一个数值(在采样时刻n--1) KI 是积分项的比例常数 MX 是积分项的前一个数值(在采样时刻n -- 1) KD 是微分项的比例常数 |
CPU实际使用以上简化算式的改进形式计算PID输出。这个改进型算式是：
Mn = MPn + MIn + MDn 输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项 其中： Mn 是在采样时间n时的回路输出的计算值 MPn 是在采样时间n时回路输出比例项的数值 MIn 是在采样时间n时回路输出积分项的数值 MDn 是在采样时间n时回路输出微分项的数值 |
理解PID方程的比例项
比例项MP是增益(KC)和偏差(e)的乘积。其中KC决定输出对偏差的灵敏度，偏差(e)是设定值(SP)与过
程变量值(PV)之差。S7-200解决的求比例项的算式是：
MPn = KC * (SPn -- PVn) 其中： MPn 是在采样时间n时的回路输出的比例项值 KC 是回路增益 SPn 是在采样时间n时的设定值的数值 PVn 是在采样时间n时变量的数值 |
理解PID方程的积分项
积分项值MI与偏差和成正比。S7-200解决的求积分项的算式是：
MIn = KC * TS / TI * (SPn -- PVn) + MX 其中： MIn 是在采样时间n时的回路输出积分项的数值 KC 是回路增益 TS 是回路采样时间 TI 是回路的积分周期(也称为积分时间或复位) SPn 是在采样时间n时的设定点的数值 PVn 是在采样时间n时的变量的数值 MX 是在采样时刻n--1时的积分项的数值 (也称为积分和或偏差) |
积分和(MX)是所有积分项前值之和。在每次计算出MIn之后，都要用MIn去更新MX。其中MIn可以被或限定(详见“变量和范围一节)。MX的初值通常在次计算输出以前被设置为Minitial( 初值)。积分项还包括其他几个常数：增益(KC)，采样时间间隔(TS)和积分时间(TI)。其中采样时间是重 新计算输出的时间间隔，而积分时间控制积分项在整个输出结果中影响的大小。
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