力控的策略控制器PID算法介绍及应用

1、力控的策略控制器PID 算法介绍及应用力控的策略控制器可以方便地实施多种控制算法，在这里我们以PID 为例介绍如何在力控中组建一个PID控制系统。多年以来，在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（ I ）和微分（ D）进行控制的PID 控制器（亦称PID 调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象“一阶滞后纯滞后”与“二阶滞后纯滞后”的控制对象，PID 控制器是一种最优控制。PID 调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI 、

2、PD、, ）。长期以来被广大科学技术人员及现场操作人员所采用，并积累了大量的经验。连续系统 PID 调节器为对误差的比例、积分和微分控制，即或式中： Ti 、Td 分别为积分和微分时间常数；Kp、Ki 、Kd分别为比例系数、积分系数、微分系数。在计算机控制系统中使用的是PID 数字调节器，就是对式（1）离散化，令式中， T 是采样周期。由式（1）与式（ 3）可得式（ 4）称为位置式PID 控制算法。由于位置式算法输出在计算过程中容易产生积分饱和作用，导致控制器的响应速度变慢，而且由于积分的累积作用，在手动和自动切换时，很难做到无扰动切换。因此，人们又提出一种新的控制算法，PID增量式控制算法：

3、在力控的策略控制器中采用的是增量式算法，但是输出采用位置式输出。即把上次输出加上本次计算的增量输出即得到本次的位置式输出。PID 控制回路有三种方式，手动，自动和串级，在手动状态下，PID 控制回路相当于手动调节器。在自动状态下， PID 控制回路完成PID 算法，设定值由操作站给定，在串级状态，设定值由主回路的输出给定。当回路处于手动状态下时，设定值具有自动跟踪测量值功能，以便从手动切换到自动状态时，切换时是无扰动的；当回路处自动状态时，主回路的输出自动跟踪副回路的设定，以便当下一级控制回路从自动切换到串级时，切换时是无扰动的。其实现过程如下：1）如果是紧急状态，则进入安全态处理。不执行以下

4、步骤。2）如果存在副回路，并且副回路不处于串级状态，则该回路：a），如果副回路是手动状态，则该回路进入手动状态，并且输出跟踪副回路的设定值；b），如果副回路是自动状态，输出跟踪副回路的设定值。不执行以下步骤。3）如果该回路是手动状态，则直接输出，不执行以下步骤；4）检查输入和设定值是否超限，如果超限，进行超限处理；5）则计算偏差。检查是否有偏差死区，如果有，则处理偏差死区；6）计算 PID 的控制输出；7）判断输出和变化率是否超限，如果超限则进行处理。在力控的策略控制器中， 很容易就可以实现一个PID 回路。先进入力控的策略控制器组态环境StrategyBuilder，如果没有主策略，这时会提

5、示建立一个主策略，如果已经存在一个主策略，则打开该策略（或打开其它的子策略）。在左侧的导航器中选择工具控制算法 PID 控制器，然后在右边的工作区点击鼠标，就可以画出一个PID 控制块。选中该块，可以改变其参数，如点名、比例、积分、微分等各种参数。再选择输入输出变量，输入变量可以是力控实时数据库中的变量，也可以是策略控制器中的I/O 点。在本例中，我们用实时数据库中的点来实现。如同画PID 控制块一样，选择工具变量数据库输入变量（数据库输出变量）画出两个数据库变量引用块。然后在属性中选择输入输出的变量。在输入变量aaa.pv 的输出管脚上双击，再在 PID 控制块的 PV管脚上双击， 这样就在

6、两者之间形成了一条线，这表示把 aaa.pv 的值作为 PID控制块的测量值。同样把PID 控制块的输出连接到aaa1.pv 上。如下图所示：然后，从菜单中选择编译和运行中选择编译当前工程，然后，运行当前工程，就可以实施PID 控制了。PID 参数的选择：数字PID调节器参数的整定可以仿照模拟PID调节器参数整定的各种方法，根据工艺对控制性能的要求，决定调节器的参数。这里就各个参数对系统性能的影响简单加以说明。比例系数P 对系统性能的影响：比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小；P偏大，振荡次数加多，调节时间加长；P 太大时，系统会趋于不稳定；P 太小，又会使系统的动作缓慢。P可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以及控制对象的特性决定的。如果P 的符号选择不当对象测量值就会离控制目标的设定值越来越远，如果出现这样的情况P 的符号就一定要取反。同时要注意的是，力控的策略控制器的PID 控制块的P 参数是PID 控制中的增益。积分控制I 对系统性能的影响：积分作用使系统的稳定性下降，I 小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误