伺 服 及 PLG 控 制 系 统 当的微分控 制作用可 以使超调量减小，调节时间缩短， 较大，可 以加入微分控制，微分时间从0逐渐增大，反复 增 加 系 统 的 稳 定 性 。 调节控制器 的比例 、积分 和微分 部分 的参数 。 对 于有 较 大 的 滞 后特 性 时 的 被控 对 象 ，如 果 PI控 需要注意的是改变 比例系数的值，同时会影响到 制的效果不理想，可以考虑增加微分控制，以改善系统 积分分量和微分分量的值(见式 1)，而不是仅仅影响比 在调 节 过 程 中的 动 态特 性 。如 果 将 微 分 时 间设 置 为 0， 例 部 分 。 微分 部 分将 不起 作 用 。 总之 ，PID参数 的调试是一个综合的、各参数互相 微 分 时 间与 微 分 作 用 的 强 弱 成 正 比 ，微分 时 间越 影 响 的过 程 ，实 际调 试 过 程 中的 多 次尝 试 是 非 常 重 要 大 ，微 分 作 用 越 强 。如 果 微 分 时 问 太 大 ，在 误 差快 速 变 的 ，也 是 必 须 的 。 化 时 ，响应 曲线 上 可 能 会 出 现 “毛 刺 ”。 微分控 制的缺 点是 对干扰 噪声敏 感 ，使 系统抑 制 干 扰 的 能 力 降 低 。为 此 可 在 微 分 部 分 增 加 惯 性 滤 波 环 节 。 7采样周期 9实验验证 实验 使用s7—300 PLC的PID控制功能块FB 41，它 与 模拟被控对象的功能块组成闭环 。被控对象 由2个串联 的惯性环节组成，时间常数分别为2s和5 S，比例系数为 3．0。用人机界面的趋势图显示给定曲线和闭环输出量 PID控制程序是周期性 执行 的，执行 的周期称为 的 响 应 曲 线 。 采样 周期 。采样 周期越小，采样值 越能反映模拟量 的 9．1 比例系数 对动态 性 能的影 响 变化情况。但是太小会增加cPu的运算工作量，相邻2 图 3中 浅 色 的 方 波 是 系 统 的 给 定 曲线 ，给 定值 在 次采样的差值几乎没有什么变化，将使PID控 制器输 20％-70％之 间变化 。深色 的 曲线是 PI控 制器 的 阶跃 响应 出 的微 分 部 分 接 近 为零 ，所 以也 不 宜 将 采 样 周 期取 得 曲线 ，积分 时 间为 8 S。左 边 和 中间 的 响应 曲线 的 比例 系 过 小 。 数为2．0，右边的响应曲线的比例系数为1．0。可以看 出， 应保证在被控量迅速变化 时(例如启动过程 中的 减小 比例 系数 能显著 降低超 调量。 上升阶段 )，能有足够 多的采样点数，不致 因采样点数 过少而丢失被采集 的模拟量 中的重要信 息。 8 PID参数的调整方法 在整定PID控 制器参数时，可以根据控制器 的参数 与系统动态性能和稳态性 能之 间的定性关系，用实验 的方法来调节控 制器 的参数 。有经验 的调试人员一般 可 以较 快 地 得 到较 为 满 意 的调 试 结 果 。在 调 试 中最 重 要 的问题是在 系统性能不能令人满意时，知道应该调 节 哪 一 个 参 数 ，该 参 数 应 该 增 大 还 是减 小 。 为 了减少需要整定的参数，首先可以采用PI控制 器。为了保证系统的安全，在调试开始时应设置比较保 守的参数，例 如比例系数不要太 大，积分 时间不 要太 ： 4：UU ：j4：j) ：j，：U， ：35：4l 8：36：I 小，以避免出现系统不稳定或超调量过大的异常情 况。 图 3 PI控制器的 阶跃 响应曲线 给 出一 个 阶 跃 给 定 信 号 ，根据 输 出波 形 可 以获 得 系 统 性 能 的 信息 ，例 如超 调 量和 调 节 时 间 。应 根据 PID参 数 与系统 性 能 的 关系 ，反复 调节 PID的参 数 。 如果阶跃响应的超调量太大，经过多次振荡才能稳 定或者根本不稳定，应减dxPID输出的比例部分、增大积 分时间。如果 阶跃响应没有超调量，但是被控量上 升过 于缓慢，过渡过程时间太长，应按相反的方向调整参数。 如果消除误差 的速度较慢，可 以适当减小积分时 间 。 9．2 积 分时 间和微 分 时 问对动 态性 能的影 响 图4中各阶跃响应曲线的比例系数均为2．0。左边的 响应 曲线的积 分时 间为2．0s，微分 时间为0．8s。该 曲线的 超调量过大，有多次震荡 。 中问的下 降 曲线 的积分 时间为 3 S，微分 时间为 1．5 S。其超调量 和震 荡次数显著减小 。 右边的上升 曲线的积分时间为 1 0 S，微分时间为 2s，其超调量几乎为0，但是上升到稳态值 的时间增大 。 反复调节 比例系数和积分时间，如果超调量 仍然 (下转第32页) 自动化应用 2010 5期 29 

伺 服 及 PLC 控 制 系 统 表 2 PLC指令语名 (6)过载保护：当电动机过载时，热过载保护继电 器FR的动断触点断开，接触器KM、KM1、KM2、KM3均 跚 ∞ 如 断电，电动机M 也停车 。 (7)把输出继 电~vool、Y002和Y003 3个常闭触 点与 输入继电器X001常开触点串联，如果输出继电器Y001、 Y002和Y003线圈得电，接触器KM1、KM2、KM3中任何一 个触头没有释放恢复 闭合时，按下启动按钮s B 1，输出 继电器 Y000和接触 器KM线 圈不能 得 电，KM主 触头不 能 闭合 ，电动 机M 就 不 能接 通 电源 直 接启 动 ，保 证 了三 相 绕线式 电动机 只有在 转子绕组 中接入 全部启动电 R2，电动 机串接 R3电阻继 承启动 ，同时定 时器 线 圈T3得 阻(RI+R2+R3)的条件 下才能启动 。 电，时 间设 定为 1 S。 (4)ls后，定时器T3常开触点闭合，输出继电器Y003 4结语 接通，接触器KM3吸合，主触头闭合，切除第三组电阻 采用三菱FX： 一16MR型PLC改造三 相绕线式异步 电 R3，同时Y003常闭触头断开 ，定时 器线圈T1、T2、T3和输 动机转子串电阻启 动继 电接触器控制系统，用通用指 出继 电器Y1、Y2失 电。累计 启动5s，三相 绕线 式异 步 电 令编写控制程序，程序清晰，直观易懂，调试简捷方便。 动机转子所串3组电阻全部切除，电动机M结束启动状 实践证明，改造后的PLC控 制系统完全达到实际启动 态 ，进入 正 常运 行 状 态 。 控制要求，抗干扰性强，设备运行可靠，稳定性高，降低 ㈣ 如 加 ∞ 如 如 加 (5)停车：按停止按钮SB2，输出继电器Y000失电， 了控制系统故障率，提高 了设备使用运行效率 。 接触器KM失电，主触头断开，电动机作 自由停车运行。 输 出继 电器 线圈Y000失 电，常开 触 0,YOOO复位 ，输 出继 【1】李树雄．可编程控 制 器技 术及应用教 程fM】．北京 ：北京 参 考 文 献 电器Y003失 电，常开触点Y003复位，3组 电阻 (R1+R2+R3) 航 空航 天 大 学 出版 社 出版 ，2003 恢复与三相绕线式异步电动机转子串接，为下次启动 【2】廖 常初．可编程控 制 器应 用技 术【M]．重庆 ：重庆大学 出 做 好 准 备 。 (上接第29页) 版 社 出 版 ，2000 l3：29：42 13：30：15 13：30：49 13：31：23 13：31：57 lO：O~：，U l6：U6：3~ lb：U，：20 10：08：03 图 5 微 分作 用过强 的阶跃 响应曲线 图 4 PID控 制器的阶跃响应 曲线 参 考 文 献 9．3 微分时 间过大 的影响 【1】廖 常初．s7—300／400PLC应 用技 术(2版 )【M】．北京 ：机 微 分 时间 不是 越 大越 好 ，图5的积分 时 问为 3 S，微 分时间为4 S。因为微分作用过强，误差剧烈变化 ，对误 差变化的抑制作用太剧烈，曲线上 出现了“毛刺”，变得 械 工 业 出版 社 ，2008 【2]廖 常初 ，陈晓东．西门子人机界 面(触摸屏 )纽态与应 用 技 术 (2版 )【M 】．北 京 ：机 械 工 业 出版 社 ，2008 【3】廖 常初 ．PLC编程及应 用(3版 )[M]．北京：机械工业 出 很怪异 。这种现象提示应 减弱微分部分 。 版 社 ，2008 32 ：VVWW．auto—apply．corn 自动化应用