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变频器pid闭环运行
wilton_gao 发表于 2008/9/23 14:20:31 1195 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称pid控制，又称pid调节。pid控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握时，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用pid控制技术最为方便。即当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。pid控制，实际中也有pi和pd控制。pid控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
（1） 比例（p）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（steady-state error）。
（2） 积分（i）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（system with steady-state error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（pi）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
（3） 微分（d）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（pd）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
综上所述，pid控制器是由比例单元（p）、积分单元（i）和微分单元（d）组成，其输入e （t）与输出u （t）的关系为:
它的传递函数为:
（4） pid闭环控制的特点
首先，pid应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样pid就可控制了。
其次，pid参数较易整定。也就是说，pid参数kp，ki和kd可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，pid参数就可以重新整定。
第三，pid控制器在实践中也不断的得到改进，如结合人工智能神经元系统、模糊控制和鲁棒控制等。
2 内置pid功能
正由于pid功能用途广泛、使用灵活，使得现在变频器的功能大都集成了pid，简称“内置pid”，使用中只需设定3个参数（kp， ki和kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。如被控量属于流量、压力和张力等过程控制的，只需pi功能，d功能基本不用，所以为方便起见，很多变频器其实只有pi功能。
pid闭环运行，必须首先选择pid闭环选择功能有效的情况下，变频器按照给定量和反馈量进行pid调节。pid调节是过程控制中应用得十分普遍的一种控制方式，它是使控制系统的被控物理量能够迅速而准确地无限接近于控制目标的基本手段。
在pid调节中，必须至少有两种控制信号:
给定量。它是与被控物理量的控制目标对应的信号。
反馈量。它是通过现场传感器测量的与被控物理量的实际值对应的信号。
pid调节功能将随时对给定量和反馈量进行比较，以判断是否已经达到预定的控制目的。具体地说，它将根据两者的差值，利用比例p、积分i、微分d的手段对被控物理量进行调整，直至反馈量和给定量基本相等，达到预定的控制目标为止。
反馈正调节与正作用的概念是不一样的。
3 pid闭环参数设置
pid闭环的参数调节p、i、d的三个参数调节是个难点，下面给出了一个调节口诀，以方便记忆:
参数整定找最佳，从小到大顺序查;
先是比例后积分，最后再把微分加;
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大;
曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳;
曲线偏离回复慢，积分时间往下降;
曲线波动周期长，积分时间再加长;
曲线振荡频率快，先把微分降下来;
动差大来波动慢，微分时间应加长;
理想曲线两个波，前高后低四比一;
一看二调多分析，调节质量不会低。
4 pid调节的增强功能
在变频器的pid闭环功能中，为了达到快速稳定以及可靠性高的目的，通常都会选择相应的增强功能，如预置频率及保持、积分调节限制和对反馈信号的检测等。
（1）预置频率
为了使pid闭环调节快速进入稳定阶段，需要根据工艺要求设置相应的预置频率和预置频率保持时间。pid闭环运行启动后，变频器的输出频率首先按照加速时间加速至闭环预置频率，并且在该频率点上持续运行一段时间后，才按照pid闭环特性运行。
（2）积分调节选择
对于需要快速响应的系统，变频器的输出频率到上下限时，可以取消积分调节。
（3）多段闭环设定值数据
对于需要有多段闭环设定值数据的场合可以选择此功能，比如恒压供水中可以设置不同时段的供水压力信号值。如表2所示，只需将多功能输入端子x1、x2、x3设置为多段闭环设定值数据通道1、多段闭环设定值数据通道2、多段闭环设定值数据通道3即可得到8段不同的设定数据。
（4）闭环反馈信号检测功能
对于闭环反馈信号是电流信号的，还可以设置回路检测是否处于闭合状态以及有效值是否处于合理范围之内。