变频器课件PID控制功能.ppt

3.3 变频器的变频器的PID控制功能控制功能 PID PID闭环控制的特点：闭环控制的特点：首先，首先，PIDPID应用范围广。应用范围广。其次，其次，PIDPID参数较易整定。参数较易整定。第三，第三，PIDPID控制器在实践中也不断地得到改进，如结控制器在实践中也不断地得到改进，如结合人工智能系统、模糊控制等。合人工智能系统、模糊控制等。11.PID1.PID控制原理控制原理2（1 1）PIDPID的分类。的分类。PIPI控制。控制。PIPI控制是由比例控制（控制是由比例控制（P P）和积分控制（）和积分控制（I I）组）组合成的，根据偏差及时间变化，产生一个执行量。合成的，根据偏差及时间变化，产生一个执行量。PIPI运算是运算是P P和和I I运算之和。运算之和。PDPD控制。控制。PDPD控制是由比例控制（控制是由比例控制（P P）和微分控制（）和微分控制（D D）组）组合成的，根据改变动态特性的偏差速率，产生一个合成的，根据改变动态特性的偏差速率，产生一个执行量。执行量。PDPD运算是运算是P P和和D D运算之和。运算之和。PIDPID控制。控制。利用利用PIPI控制和控制和PDPD控制的优点组合成的控制。控制的优点组合成的控制。PIDPID运算是运算是P P、I I和和D D三个运算的总和。三个运算的总和。3（2）PID的控制逻辑。的控制逻辑。负作用。负作用。图3.23 PID负作用示意图4正作用。正作用。图3.24 PID正作用示意图52.P、I、D的控制作用（1）比例控制）比例控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出信号比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出信号XG与输入误差（与输入误差（XTXF）成比例关系，当仅有比例控制时，）成比例关系，当仅有比例控制时，系统输出存在稳态误差。也称为静差。系统输出存在稳态误差。也称为静差。XGKP（XTXF）式中，式中，XG频率给定信号；频率给定信号；XT目标信号；目标信号；XF反馈信号；反馈信号；KP放大倍数，也叫比例增益。放大倍数，也叫比例增益。6 对于变频器来说，比例控制实际上就是将偏差信号（XTXF）放大了KP倍后再作为频率给定信号。7（2 2）积分控制）积分控制 在积分控制中，控制器的输出与输入偏差信在积分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的积分成正比关系。即使给定频率信号号的积分成正比关系。即使给定频率信号X XG G的变的变化与化与K KP P（X XT TX XF F）对时间的积分成正比。）对时间的积分成正比。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个系统为有稳态误差的系统，在稳态误差，则称这个系统为有稳态误差的系统，简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分项对偏差取决于时间的积必须引入积分项。积分项对偏差取决于时间的积分。尽管（分。尽管（X XT TX XF F）一下子增大（或减小）了许）一下子增大（或减小）了许多，但多，但X XG G只能在只能在“积分时间积分时间”内逐渐地增大（或内逐渐地增大（或减小），从而缓解了减小），从而缓解了X XG G的变化速度，防止了振荡。的变化速度，防止了振荡。积分时间越长，积分时间越长，X XG G的变化越慢。的变化越慢。8大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点9（3 3）微分控制）微分控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性环节荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性环节或滞后环节，其变化总是落后于误差的变化。或滞后环节，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用变化解决的办法是使抑制误差的作用变化“超前超前”，即在误差接近于零时，抑制误差仅是放大误差，即在误差接近于零时，抑制误差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。误差变化的趋势。103.3.变频器内置变频器内置PIDPID功能功能 PID PID闭环运行，必须首先选择闭环运行，必须首先选择PIDPID闭环功能有闭环功能有效的情况下，变频器按照给定值和反馈值进行效的情况下，变频器按照给定值和反馈值进行PIDPID调节。调节。PIDPID调节是过程控制中应用得十分普遍的一调节是过程控制中应用得十分普遍的一种控制方式。它是使控制系统的被控物理量能够种控制方式。它是使控制系统的被控物理量能够迅速而准确地接近于控制目标的基本手段。迅速而准确地接近于控制目标的基本手段。在在PIDPID调节中，必须有两种控制信号：调节中，必须有两种控制信号：（1 1）给定值（又称为设定值）。它是与被控物理）给定值（又称为设定值）。它是与被控物理量的控制目标对应的信号。量的控制目标对应的信号。在在PIDPID方式中，它指的是对测量值全范围中确定一方式中，它指的是对测量值全范围中确定一个符合现场控制要求的一个数值，并以该数值为个符合现场控制要求的一个数值，并以该数值为目标值，使系统最终稳定在此值的水平上或范围目标值，使系统最终稳定在此值的水平上或范围内，并且越接近越好。内，并且越接近越好。11 一方面，给定值是和所选传感器的量程有一方面，给定值是和所选传感器的量程有关的。给定信号的大小由传感器量程的百关的。给定信号的大小由传感器量程的百分数表示。例如，当目标压力为分数表示。例如，当目标压力为0.7MPa0.7MPa时，时，如所选压力传感器的量程为如所选压力传感器的量程为0-1.0MPa0-1.0MPa（4-4-20mA20mA电流输出），则对应于电流输出），则对应于0.7MPa0.7MPa的给定的给定量为量为7070；如所选压力传感器的量程为如所选压力传感器的量程为0-0-5.0MPa5.0MPa（4-20mA4-20mA电流输出），则对应于电流输出），则对应于0.6MPa0.6MPa的给定量为的给定量为1414。12另一方面，常用的给定值给定方式主要有两种：另一方面，常用的给定值给定方式主要有两种：一种是通过变频器的模拟量输入端给定，其给定信号可以一种是通过变频器的模拟量输入端给定，其给定信号可以是电压信号，也可以是电流信号。是电压信号，也可以是电流信号。另一种是面板给定，另一种是面板给定，即直接通过面板上的键盘来给定。即直接通过面板上的键盘来给定。例如，在供水系统中所选用传感器的测量范围是例如，在供水系统中所选用传感器的测量范围是0-1MPa0-1MPa，而需保持而需保持0.7MPa0.7MPa的压力，因此的压力，因此0.7MPa0.7MPa就是给定值（即设定就是给定值（即设定值）。它可用模拟量给定，即在外部操作模式时由变频器值）。它可用模拟量给定，即在外部操作模式时由变频器2 2、5 5端子间施加对应的端子间施加对应的3.5V3.5V（570%=3.5V570%=3.5V）电压；也可）电压；也可在参数中给定，令在参数中给定，令P133=70%P133=70%（仅限于（仅限于PUPU和和PU/EXTPU/EXT模式下有模式下有效）。当系统未达到设定压力时，电机以上限频率效）。当系统未达到设定压力时，电机以上限频率f fH H运行，运行，而达到或超过设定压力时，电机降速或停止运行。而达到或超过设定压力时，电机降速或停止运行。13（2 2）反馈值。它是通过现场传感器测量的与被控物理量的）反馈值。它是通过现场传感器测量的与被控物理量的实际值对应的信号。实际值对应的信号。PIDPID调节功能将随时对给定值和反馈值进行比较，以判调节功能将随时对给定值和反馈值进行比较，以判断是否已经达到预定的控制目标。具体地说，它将根据两者断是否已经达到预定的控制目标。具体地说，它将根据两者的差值，利用比例的差值，利用比例P P、积分、积分I I、微分、微分D D的手段对被控物理量进的手段对被控物理量进行调整，直至反馈值和给定值基本相等，以达到预定的控制行调整，直至反馈值和给定值基本相等，以达到预定的控制目标为止。因各控制系统结构特征不同，况且也很难计算出目标为止。因各控制系统结构特征不同，况且也很难计算出PIDPID准确数值，故而需对变频器中默认的准确数值，故而需对变频器中默认的PIDPID参数进行再调整。参数进行再调整。14为调试简便起见，一般在供排水、流量控制中只需用为调试简便起见，一般在供排水、流量控制中只需用P P、I I控制即可，控制即可，D D参数较难确定，它容易和干扰因素混淆，在参数较难确定，它容易和干扰因素混淆，在此类场合也无必要，通常用在温度控制场合。此类场合也无必要，通常用在温度控制场合。PIPI参数中，参数中，P P是最为重要的，定性的讲，由于是最为重要的，定性的讲，由于P=1/P=1/K KP P，所，所以以P P越小系统的反应越快，但过小的话会引起振荡而影响越小系统的反应越快，但过小的话会引起振荡而影响系统的稳定，它起到稳定测量值的作用。系统的稳定，它起到稳定测量值的作用。而而I I是为了消除静差，即使测量值接近设定值，原则上不是为了消除静差，即使测量值接近设定值，原则上不宜过大。试运行时可于在线条件下边观察测量值的变化边宜过大。试运行时可于在线条件下边观察测量值的变化边反复调节反复调节P P、I I参数，直至测量值稳定并与设定值接近为止。参数，直至测量值稳定并与设定值接近为止。154.变频器的接线和输入输出端子功能设定图3.25 PID控制电路16表表3.16 I/O信号使用功能表信号使用功能表175.参数设定参数设定表参数设定表186.调节过程（1）参数设定。根据系统控制要求，调节Pr.128 Pr.133的PID控制参数。（2）端子设定。设定PID控制用的输入输出端子（Pr.180Pr.186、Pr.190Pr.195）。（3）接通X14，选择PID控制功能。（4）运行。19 在变频器的外接输入控制端子中，通过功能预置，可以将若干个（通常为24）输入端作为多段速（316挡）控制端。其转速的切换由外接的开关器件通过改变输入端子的状态及其组合来实现，转速的挡次是按二进制的顺序排列的，故二个输入端可以组合成3或4挡转速，三个输入端可以组合成7或8挡转速，四个输入端可以组合成15或16挡转速。3.4 多段速控制端子的功能多段速控制端子的功能20表表3.10 多段速参数的意义及设定范围多段速参数的意义及设定范围21图3.13 多段速运行的接线图22(1)3(1)3段速设定段速设定 RHRH信号为信号为ONON时按时按Pr.4Pr.4中设定的频率运行，中设定的频率运行，RMRM信信号为号为ONON时按时按Pr.5Pr.5中设定的频率运行，中设定的频率运行，RLRL信号为信号为ONON时按时按Pr.6Pr.6中设定的频率运行。中设定的频率运行。(2)4(2)4段以上的多段速设定段以上的多段速设定 通过通过RHRH、RMRM、RLRL、REXREX信号的组合可以进行信号的组合可以进行4 41515段速的设定，段速的设定，Pr.24Pr.24Pr.27Pr.27、Pr.232Pr.232Pr.239Pr.239设定运行频率。输入信号组合与各挡速度的对应设定运行频率。输入信号组合与各挡速度的对应关系如图关系如图3.143.14所示。例如在图所示。例如在图3.143.14中，当中，当RHRH和和RLRL信号同时为信号同时为ONON时，按时，按Pr.25Pr.25中设定的频率（即速度中设定的频率（即速度5 5）运行。）运行。23对于对于REXREX信号输入所使用的端子，通过将信号输入所使用的端子，通过将Pr.180Pr.180Pr.186Pr.186中的任一个参数设定为中的任一个参数设定为“8”8”来进行功能的来进行功能的分配。借助于点动频率（分配。借助于点动频率（Pr.15Pr.15）、上限频率）、上限频率（Pr.1Pr.1）和下限频率（）和下限频率（Pr.2Pr.2）最多可以设定）最多可以设定1818种速种速度。度。(3)(3)多段速只有在在外部操作模式或多段速只有在在外部操作模式或PU/PU/外部组合操外部组合操作模式（作模式（Pr.79=3Pr.79=3，4 4）中有效。）中有效。(4)(4)当用当用Pr.180Pr.180Pr.186Pr.186改变端子功能分配时，有改变端子功能分配时，有可能对其他的功能产生影响。请确定各端子的功能可能对其他的功能产生影响。请确定各端子的功能后再进行设定。后再进行设定。24图3.14 多段速运行示意图25