恒壓供水PID自控系統(tǒng)設(shè)計

　　摘 要 ： 本文通過研究恒壓供水PID自控系統(tǒng)，分析反饋理論的三個要素：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定。
　　關(guān)鍵詞： 恒壓供水 PID 自控系統(tǒng) 設(shè)計
　　
　　一、恒壓供水PID的工作原理
　　一個好的過程控制系統(tǒng)必須有一個好的調(diào)節(jié)器，最常用的基于自動控制理論的就是PID調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器的作用如下圖1所示。
　　Kp：比例常數(shù)；T：積分時間；S：拉氏算子;Td：微分時間
　　圖1中的PID調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)表達(dá)式，實質(zhì)上是對△U進(jìn)行P、I、D運算調(diào)節(jié)的傳遞函數(shù)，即為Kp（1++TS），Kp、Ti、Td選擇要恰當(dāng)。首先系統(tǒng)要保證穩(wěn)定，△U有一個穩(wěn)定值；其次要求精度高，Uf逼近Ug，誤差△U小；最后是快速性問題，當(dāng)有擾動時，Uf很快逼近Ug，穩(wěn)定性、精度、快速性是過程控制系統(tǒng)的主要指標(biāo)。
　　PID運算的結(jié)果Uk去控制變頻器的頻率/電壓，Uk稱為控制量。變頻器輸出的頻率/電壓正是P、I、D運算的結(jié)果，稱為執(zhí)行量。
　　1.比例運算——P運算（如圖2）
　　就是對誤差△U進(jìn)行放大（縮小），稱為比例運算。
　　2.積分運算——Ⅰ運算（如圖3）
　　就是對誤差△U進(jìn)行積分運算，拉氏變換后的積分運算為，T為積分常數(shù)，T大，積分結(jié)果上升速度慢，圖3為積分曲線，曲線的斜率為。
　　3.微分運算——D運算，如圖4。
　　微分運算是指對誤差信號進(jìn)行微分，如果圖4誤差為常數(shù)的條件下共微分為0，假如誤差為直線，則D運算結(jié)果為常數(shù)。
　　在過程控制系統(tǒng)最常的調(diào)節(jié)器是PI調(diào)節(jié)（比例+積分調(diào)節(jié)），一般系統(tǒng)都能滿足要求，為進(jìn)一步改善動態(tài)性能，再加微分調(diào)節(jié)，加微分調(diào)節(jié)易引起系統(tǒng)振蕩（輸出不穩(wěn)定）調(diào)試較為麻煩，故在實際應(yīng)用中多只采用PI調(diào)節(jié)。
　　二、PID控制的負(fù)作用與正作用
　　1.負(fù)作用
　　偏差量加大時，要求執(zhí)行量加大來縮小偏差，稱為PID負(fù)作用。
　　供水的壓力控制（控制水泵）加熱的溫度控制（控制加熱器），都需要負(fù)作用PID來控制，以恒壓供水系統(tǒng)為例。
　　當(dāng)供水系統(tǒng)供的水量增大（水泵出水增大），則管網(wǎng)壓力下降，即反饋壓力下降，此時誤差△U=給定壓力-反饋壓力△U↑，則要求執(zhí)行量加大，使電機(jī)加速，加大水泵供水能力來縮小誤差。
　　2.正作用
　　偏差量加大時，要求減小執(zhí)行量來縮小偏差，稱為PID正作用，中央空調(diào)冷水系統(tǒng)就是一個例子，當(dāng)室內(nèi)溫度（反饋值）偏低（給定值-反饋值）加大，則可以向調(diào)節(jié)目標(biāo)少送冷水，使調(diào)節(jié)目標(biāo)（室內(nèi)）的溫度上升，這就是說，當(dāng)誤差加大后，Uk使執(zhí)行量（f/U）減小，以減小冷水供應(yīng)量來提高室內(nèi)溫度與給定值相適應(yīng)。
　　同是水泵供水，用相反的兩種調(diào)節(jié)器，可以得到不同的調(diào)節(jié)效果。
　　三、PID的相關(guān)參數(shù)
　　Pr.128“PID動作選擇”（負(fù)、正作用選擇）
　　Pr.129“PID比例常數(shù)”調(diào)節(jié)范圍為0.1—1000%，其倒數(shù)為Kp。
　　Pr.130“PID積分時間”
　　Pr.131“上限”
　　Pr.132“下限”
　　Pr.133“PU操作時的PID目標(biāo)設(shè)定值”
　　Pr.134“PID微分時間”
　　Pr.73“0—5V/0—10V選擇”
　　Pr.79“操作方式選擇”
　　Pr.180—Pr.186（輸入端子分配）
　　Pr.191—Pr.194（輸出端子分配）
　　由電壓輸入信號或Pr.133的設(shè)定值作為設(shè)定點和4—20mA電流輸入信號作為反饋量組成PID控制的反饋系統(tǒng)。
　　四、PID的參數(shù)設(shè)置
　　對輸入輸出端子作以下設(shè)置：
　　Pr.183=14（RT=14）
　　Pr.192=16（FU）
　　Pr.193=14（OL）
　　Pr.194=15（IPF）
　　<設(shè)定值輸入校正>
　　1.在端子2—5間輸入電壓（例如：0V），使設(shè)定值的設(shè)定為0%。
　　2.用Pr.902校正，此時，輸入的頻率將作為偏差值=0%（例如：0Hz）時變頻器的輸出頻率。
　　3.在端子2—5間輸入電壓（例如：5V），使設(shè)定值的設(shè)定為100%。
　　4.用Pr.903校正，此時，輸入的頻率將作為偏差值=100%（例如：50Hz）時變頻器的輸出頻率。
　　<傳感器的輸出校正>
　　1.在端子4—5間輸入電流（例如：4mA）相當(dāng)于傳感器輸出值為0%。
　　2.用Pr.904進(jìn)行校正。
　　3.在端子4—5間輸入電流（例如：20mA）相當(dāng)于傳感器輸出值為100%。
　　4.用Pr.905進(jìn)行校正。
　　注：Pr.904和Pr.905所設(shè)定的頻率必須與Pr.902和Pr.903所設(shè)定的一致。以上所述的校正如下圖所示。
　　注：1.如果多段速度（RH，RM，RL）信號和點動進(jìn)行（jog）信號在X14信號接通的情況下輸入，將停止PID控制并開始執(zhí)行多段速度或點動運行。
　　2.當(dāng)Pr.128設(shè)定為“20”或“21”時，注意，變頻器端子1—5之間的輸入信號將疊加到設(shè)定值2-5端子之間。
　　3.當(dāng)Pr.79設(shè)定為“6”（切換模式），則PID控制無效。
　　五、操作步驟
　　參考文獻(xiàn)：
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