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比較簡單的實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法
PID控制的難點(diǎn)在于整定控制器的參數(shù)。為了學(xué)習(xí)整定PID控制器參數(shù)的方法，必須做閉環(huán)實(shí)驗(yàn)，開環(huán)運(yùn)行PID程序沒有任何意義。用硬件組成一個(gè)閉環(huán)需要PLC的CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，此外還需要被控對象、檢測元件、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如可以用熱水壺作為被控對象，用熱阻檢測溫度，用溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)壓，用移相控制的交流固態(tài)調(diào)壓器作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
有沒有比較簡單的實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制的方法呢？
在控制理論中，用遞函數(shù)來描述被控對象、檢測元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PID控制器。
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被控對象一般是串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的組合。在實(shí)驗(yàn)室可以用以運(yùn)算放大器為核心的模擬路來模擬廣義的被控對象（包括檢測元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的遞函數(shù)。我曾將這種運(yùn)放路用于S7-200和S7-1200的PID參數(shù)自動調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)。
用運(yùn)算放大器模擬被控對象一般需要做印刷路板，還是比較麻煩。有沒有更簡單的方法呢？
除了用運(yùn)算放大器來模擬被控對象的遞函數(shù)，也可以用PLC的程序來模擬。為此我編寫了用來模擬被控對象的S7-200的子程序，它也可以用于S7-200 SMART。使用模擬的被控對象的PID閉環(huán)示意圖如下圖所示，虛線右邊是被控對象，DISV是系統(tǒng)的擾動輸入值。虛線左邊是PLC的PID控制程序。
被控對象的數(shù)學(xué)模型為3個(gè)串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)，其增益為GAIN，3個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)分別為TIM1～TIM3。其遞函數(shù)為
數(shù)學(xué)模型為3個(gè)串聯(lián)的慣性環(huán)節(jié)
分母中的“s"為自動控制理論中拉普拉斯變換的拉普拉斯算子。將某一時(shí)間常數(shù)設(shè)為0，可以減少慣性環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)。圖中被控對象的輸入值INV是PID控制器的輸出值。被控對象的輸出值OUTV作為PID控制器的過程變量（反饋值）PV。
下圖是模擬被控對象的子程序，實(shí)際上只用了兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)分別為5000ms和2000ms。用與PID的采樣周期相同的定時(shí)中斷時(shí)間間隔來調(diào)用這個(gè)子程序。
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