工业自动化仪表及过程控制之数字调节器

基本PID离散表达式
位置式PID算法
位置式数字PID算法的原理
增量式数字PID算法
•节省内存空间和运算时间 •减少累计误差 •误差动作影响小
增量式PID算法原理
算法框图
位置式PID算法框图
PID程序获得方法
三种常用PID程序编程语言性能对照
功能 开发时间 通用性 价格 针对性 调试
汇编语言 一般
单回路可编程控制器组成：I/O
•输入通道：
•模拟量通道信号一般为1－5V的直流电压输入信号;(X1X5); •开关量通道通常采用光电耦合器件进行信号隔离传输; (DI01-06).
•输出通道：
•模拟量输出分别为1—5V或4—20mA的直流信号,(Y1-Y3); •开关量输出通道一般采用光电耦合器件进行隔离传输, (DO01-06).
SLPC数据结构
•16位二进制数组成； •1位符号位：1/0 (+/-) •3位整数位：000～111 (0 ~ 7) •12位小数位：2-12 ~ 1-2 –12
(2.44×10-4 ~ 0.9998) •内部数据范围：-7.999~+7.999 (111111111111111~0111111111111111) •其中：0.000~1.000对应4~20mA •注意：数字量/模拟量/工程量的对应关系
单回路可编程控制器组成：接口
•人机接口： •正面设置了测量值、给定值和输出值显示表； 自动/串级/手动切换按钮； 给定值增减按钮； 手动操作按钮和状态显示灯。 •侧面板上有设置和指示各种数据的键盘、显示器 等。
•通信接口：数字信号由驱动电路送出(串/并行)。
单回路可编程调节器功能示意图
例： YS80 SLPC
工业自动化仪表及过程 控制之数字调节器
2020年4月26日星期日
数字控制算法
数字调节器：数字式控制仪表。 数字调节的优点：
•运算、控制功能丰富； •具有数字通信功能； •可靠性好，使用维护方便
数字调节器主要输入输出量
输出值：VM(MV: Manipulated Variable) 设定值：VS(SV: Setpoint variable) 测量值：VP(PV:Process Variable)
例：一阶惯性运算模块LAGn
LD X1 LD P1 LAG1 ST Y1
取输入值 取时间常数 一阶惯性运算 结果输出
•循环扫描工作方式， •由内部定时器和计数 器控制。 •每个定时脉冲10ms， •每次循环20个脉冲。 •每200ms完成一次循环 。
（图2-33)
可编程调节器程序例
SLPC用户程序例1：把两个变量的值相 加后输出。
LD X1 LD X2 + ST Y1 END
注意： 用户程序最多可以有99步指令
常见的改进算法有：
积分分离PID
微分先行PID
抗积分饱和PID
带死区PID
消除积分不灵敏PID 混合过程PID
采样PID
批量PID等
变形的PID算法(Advanced PID
Control)
微分先行算法
比例先行算法
微分先行PID算法
混合PID算法
▪需要将几种中间产品 按一定比例混合后作为 最终产品。混合PID控 制可以保证累计流量的 控制。
PV
可编程调节器程序例
例2：状态量运算 LD DI1 LD DI2 OR ST DO3 …… END
例3：最简单控制运算
LD X1 BSC ST Y1 ……
基本控 制：基 本PID运
算
END
MV
运算寄存器工作原理
LD X1 LD X2 + ST Y1 END
五个运算寄存器S1-S5：组成的先入后出堆栈
SLPC数据结构例
•例有数据如下：(3400h)
•符号位0：正数 •整数：011B－3D •小数：0.01B－1/22=0.25D •3400H－3.25D
运算模块
•SLPC的所有运算指令（表2-1） •不同厂家的产品编程方法和指令会 有很大的不同。 •学习时主要了解指令的表示方法和 操作数的位置。
SLPC可编程控制器
SLPC可编程控制器
Байду номын сангаас
YS170
YS170(回路/趋势/报警 /调整画面）
单回路可编程控制器功能框图
单回路可编程控制器组成：主机
• CPU通常采用8位微处理器，通过内部总 线与接口和其他部件相连，
•ROM存放系统软件； •EPROM存放用户程序； •RAM存放输入数据、显示数据、运算 中间值和运算结果等.
采样周期(Sample Time)Ts的选择
•采样定理 •系统动态指标 •对象动态特性 •干扰信号的频谱 •控制回路数 •计算精度
常见被调量的经验采样周期
数字 PID 控制的改进算法
充分应用计算机控制软件算法实现方便的优点， 在基本PID的基础上，对其算法进行各种改进， 使其达到更好的控制效果。
数字PID调节器(Digital PID Controller )
数字调节器例
DCS/DDC/SCADA/FCS系统
中控室：仪表盘和控制台
过程控制实验台
单回路可编程调节器
特点： •与模拟仪表兼容 •控制运算功能丰富
组成结构： •微处理器、内存 •输入输出通道 •串口、编程接口 •显示表头 •调整键盘、操作键
SLPC单回路可编程调节器
模拟输入：1-5V 5路 模拟输出：1-5V 2路，4-20mA 1路 数字输入输出：6点 比例度：6.3%-999.9% 积分时间：1-9999s 微分时间：1-9999s 控制功能：基本控制，串级控制，选择控制 控制算法：标准PID，采样PID，批量PID
控制器工作节拍
e=VS-VP 若：x(t)=e,y (t) =VM y (t)=f (x(t))
数字系统的离散信号
x0,x1,x2….,xn y0,y1,y2….,yn
也记做：
x(0),x(1),x(2),…,x(n) y(0),y(1),y(2),…,y(n)
数字PID算法(Digital PID Algorithm)
长
差低强难
高级语言 强
中
组态软件 很强
短
中中强中 好 高 一般 易
不完全微分的PID算法
由于理想的微分动作对高频干扰过于敏感，不能 使用，为抑制干扰的影响，数字调节器仿效模拟调 节器，将理想的微分改为不完全微分，也称为有限 制的微分
不完全微分的PID算法
易引起振荡 和超调
冲击小， 系统稳定
不完全微分PID结构框图