PID控制器参数整定的仿真实验

    首先打开项目“PID控制”，然后打开PLCSIM。将所有的块下载到仿真PLC，将仿真PLC切换到RUN-P模式。

    点击Windows的“开始”按钮，执行菜单命令“开始”→“所有程序”→“SIMATIC”→“STEP 7”→“PID控制参数赋值”，打开PID控制视图（见图10-19）。点击工具栏上的按钮，用单选框选中“打开”对话框中的“在线”。点击“浏览”按钮，打开已下载到仿真PLC的项目“PID控制”，选中该项目中FB 41的背景数据块DB 41。

    图10-19    PID控制参数赋值工具

    点击“确定”按钮，出现如图10-20所示的参数赋值对话框，显示的PID控制器的参数是在程序中设置的。可以在程序运行时用这个对话框来修改PID控制器的参数。

    图10-20    PID控制参数赋值对话框

    点击工具栏上的曲线记录按钮，打开曲线记录对话框（见图10-21），此时还没有图中的曲线。

    图10-21    曲线记录对话框

    点击“设置”按钮，打开“设置”对话框（见图10-22）。将曲线3由“操纵变量”（PID控制器的输出变量）改为“无”，只显示额定值（即给定值）和实际值（即被控量）的曲线。可以用“改变颜色”按钮设置各曲线的颜色，用“Y轴限制”下面的文本框修改各曲线显示的上限值和下限值，用“时间轴长度”文本框修改曲线的时间轴长度。点击“确定”按钮返回监控曲线界面。

    可以用图10-21右边的单选框设置Y轴显示哪一条曲线的坐标值。点击“开始”按钮，开始显示设置的变量的曲线。图中的方波是给定值（即额定值）曲线，由于OB1中程序的作用。给定值在20%~70%之间阶跃变化，深色曲线是被控量（即实际值）曲线。点击“停止”按钮，停止动态刷新实时曲线。图中的K，等文字是作者添加的。

    图10-22    曲线记录参数设置对话框

    图10-23中的被控量曲线与图10-21中的相同，对应的控制器参数（初始值）见图10-20。该曲线的超调量过大，有多次震荡。将图10-20中的积分时间改为4s，点击工具栏上的下载按钮，将修改后的参数下载到仿真PLC。与图10-23中积分时间为2s的曲线相比，增大积分时间（减弱积分作用）后，图10-24中被控量曲线的超调量和震荡次数明显减小。

    图10-23    PID控制阶跃响应曲线

    图10-24    PID控制阶跃响应曲线

    将图10-20中的积分时间还原为2s，微分时间由0.8s增大为2s。与图10-23中的曲线相比，适当增大微分时间后，图10-25中响应曲线的超调量和震荡次数明显减小。

    将图10-20中的积分时间改为8s，微分时间为2s。与图10-23中的曲线相比（积分时间为2s，微分时间为0.8s），增大积分时间和适当增大微分时间后，图10-26中响应曲线的超调量几乎为0，但是付出的代价是第一次上升到稳态值的时间较长。

    图10-25    PID控制阶跃响应曲线

    图10-26    PID控制阶跃响应曲线

    图10-27和图10-28的微分时间均为0（即采用PI调节），积分时间均为8s。图10-28的比例系数为1.0，与图10-27相比（比例系数为2.0），同时减弱了比例作用和积分作用。可以看出，减小比例系数能显著降低超调量。

    图10-27    PI控制阶跃响应曲线

    图10-28    PI控制阶跃响应曲线

    读者可以修改OB100中FB 100（被控对象）的参数，下载到仿真PLC后，调整PID控制器的参数，直到得到较好的响应曲线，即超调量较小，过渡过程时间较短。

    在硬件组态中修改OB35的循环周期，同时修改FB41、FB 100中的采样周期，使之与OB35的循环周期相同，可以了解采样周期与控制效果之间的关系。通过仿真实验，可以较快地掌握PID参数的整定方法。

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