PID控制系统及西门子PLC对PID功能块的应用.pdf

PID控制系统及西门子PLC对PID功能块的应用

[摘要]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控制器问世以来，先成为

工业控制的主要技术之一。本文中阐述了pid控制原理和特点及其

在西门子编程软件中pid控制更能快的介绍。

[关键词]自动控制比例项功能块fb

中图分类号：tp文献标识码：a文章编号：1009-914x（2013）

20-0494-01

自动控制，如今已经涵盖了社会生活的方方面面。包括生物、电

子、机械、军事等各个领域。甚至连政治经济领域，似乎也隐隐存

在着自动控制的原理。而它在工程控制领域，理所应当的属于应用

最普遍的范畴，在工程控制领域，自动控制得到了极其普遍的应用。

在自动调节的发展历程中，pid的创立是非常重要的一环。pid，

就是对输入偏差进行比例积分微分运算，运算的叠加结果去控制执

行机构。

目前，pid控制及其控制器或智能pid控制器（仪表）非常多，

产品已在工程实际中得到广泛应用，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各种pid控制

器具有pid参数自整定功能的智能调节器，其中pid控制器参数的

自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现，有利于

pid控制实现压力、温度、流量、液位等的控制器，能实现pid控

制功能的可编程控制器（plc），还有可实现pid控制的pc系统得

到广泛应用。其中可编程控制器去（plc）是利用其闭环控制模块

来实现pid控制。

一.pid控制的原理和特点

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70年历

史，先成为工业控制的主要技术之一。pid控制器是根据系统的误

差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。p就是比例，

就是输入偏差乘以一个系数；i就是积分，就是对

输入偏差进行积分运算；d就是微分，对输入偏差进行微分运算。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，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。

即当我们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。

1.比例控制

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存在稳态误差

（steady-state-error）。

2.积分控制

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，如果进入稳态后存在稳态误差，责成这

个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。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，随着积分项

的增大也会是稳态误差进一步减小，直到等于0。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.微分控制

在微分控制中，微分控制的控制器输出与输入误差信号的微分

（即误差变化率）成正比关系。自动控制在克服系统在克服误差的

调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于较大惯性组件

（环节）或滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误

差的变化。解决办法是使抑制误差的作用的变化超前，即在误差接

近0时，抑制误差的作用应该是0.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）控制器能够改善系统在调节过程中的

动态特性。

二、西门子plc的pid调整功能块

1.调用功能块fb

西门子plc的pid控制包的功能块（fb）包括了用于连续控制和

步进控制的控制块，以及用于脉宽调制的fb。控制器块实现了一个

纯软件控制器，它所包含的功能块可以提供控制器的所有功能。循

环计算所需的数据存储在fb分配的数据块中。这样，便可以按照

需要频繁地调用fb。

一般来说，fb41用