在閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，我們總是希望控制目標(biāo)盡可能地接近理想值。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法就是對(duì)控制后的物理量進(jìn)行取樣，并將取樣值與控制目標(biāo)值進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較的結(jié)果再次對(duì)被控物理量進(jìn)行調(diào)整。既然希望被控物理量的實(shí)際值與控制目標(biāo)無(wú)限接近，那么我們?nèi)拥玫降恼`差值就必然很小。這與期望的較高控制靈敏度要求相悖。為了提高控制與調(diào)節(jié)的靈敏度，PID控制技術(shù)將較小的誤差信號(hào)按照一定的比例進(jìn)行放大，從而實(shí)現(xiàn)提高控制與調(diào)節(jié)的靈敏度的目的。這就是PID控制功能中的比例控制功能P。

誤差信號(hào)被放大后，變頻器的輸出頻率能夠快速得到調(diào)整，但由于傳動(dòng)系統(tǒng)和控制電路都有慣性，當(dāng)系統(tǒng)調(diào)整后的實(shí)際值已經(jīng)與目標(biāo)值極其接近甚至相等時(shí)，上述調(diào)整不能立即停止，形成過(guò)調(diào)整，即調(diào)過(guò)了頭，于是又反過(guò)來(lái)調(diào)整，再次在反方向上超調(diào)，形成振蕩，當(dāng)然這也不是我們所期望的。

PID系統(tǒng)中的積分控制功能I就是為了消除系統(tǒng)振蕩而設(shè)置的。而微分控制D是根據(jù)偏差的變化率大小，提前給出一個(gè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作，從而縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。

PID調(diào)節(jié)屬于閉環(huán)控制，是過(guò)程控制中應(yīng)用得相當(dāng)普遍的一種控制方式。PID控制是使控制系統(tǒng)的被控物理量能夠迅速而準(zhǔn)確地盡可能接近控制目標(biāo)的一種手段。

一、如何使PID控制功能有效

要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的PID控制功能，首先應(yīng)將PID功能預(yù)置為有效。具體方法有如下兩種：一是通過(guò)變頻器的功能參數(shù)碼預(yù)置，例如艾默生TD3000變頻器，其功能參數(shù)F7.00是“閉環(huán)控制功能選擇”，將F7.00參數(shù)設(shè)為0時(shí)，則不選擇PID閉環(huán)控制功能；設(shè)為1時(shí)為選擇模擬閉環(huán)控制功能。二是由變頻器的外接多功能端子的狀態(tài)決定，例如富士G11S系列變頻器，如圖1所示，在多功能輸入端子X(jué)1～X9中任選一個(gè)，將功能碼E01～E09（與端子X(jué)1～X9相對(duì)應(yīng)）預(yù)置為20，則該端子即具有決定PID控制是否有效的功能（功能碼E01～E09可設(shè)置0～35共36種不同的功能，如果將端子X(jué)1經(jīng)E01設(shè)置為20，則端子X(jué)1與公共端子CM“ON”時(shí)無(wú)效，“OFF”時(shí)有效）。應(yīng)注意的是，大部分變頻器兼有上述兩種預(yù)置方式，但有少數(shù)品牌的變頻器只有其中的一種方式。

二、目標(biāo)信號(hào)與反饋信號(hào)

欲使變頻系統(tǒng)中的某一個(gè)物理量穩(wěn)定在預(yù)期的目標(biāo)值上，變頻器的PID功能電路將反饋信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)不斷地進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來(lái)實(shí)時(shí)地調(diào)整輸出頻率和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。所以，變頻器的PID控制至少需要兩種控制信號(hào)：目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)。diangon.com這里所說(shuō)的目標(biāo)信號(hào)是某物理量預(yù)期穩(wěn)定值所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，亦稱目標(biāo)值或給定值；而該物理量通過(guò)傳感器測(cè)量到的實(shí)際值對(duì)應(yīng)的電信號(hào)稱為反饋信號(hào)，亦稱反饋量或當(dāng)前值。

三、目標(biāo)信號(hào)的輸入通道與數(shù)值大小

實(shí)現(xiàn)變頻器的閉環(huán)控制，對(duì)于目標(biāo)信號(hào)來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)問(wèn)題需要解決，一是選擇將目標(biāo)值（目標(biāo)信號(hào)）傳送給變頻器的輸入通道，二是確定目標(biāo)值的大小。對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，各種變頻器大體上有如下兩種方案。一是自動(dòng)轉(zhuǎn)換法，即變頻器預(yù)置PID功能有效時(shí)，其開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)的頻率給定功能自動(dòng)轉(zhuǎn)為目標(biāo)值給定，如表1中的安川CIMR-G7A與富士G11S變頻器。二是通道選擇法，如表1中的博世力士樂(lè)CVF-G3與格立特VF-10系列變頻器。

表1 變頻器目標(biāo)值輸入通道舉例

第二個(gè)問(wèn)題是確定目標(biāo)值的大小。由于目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)有時(shí)不是同一種物理量，難以進(jìn)行直接比較，所以，大多數(shù)變頻器的目標(biāo)信號(hào)都用傳感器量程的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。例如，某儲(chǔ)氣罐的空氣壓力要求穩(wěn)定在5MPa，壓力傳感器的量程為10Mpa，則與5Mpa對(duì)應(yīng)的百分?jǐn)?shù)為50%，目標(biāo)值就是50%。

四、PID的反饋邏輯

所謂反饋邏輯，是指被控物理量經(jīng)傳感器檢測(cè)到的反饋信號(hào)對(duì)變頻器輸出頻率的控制極性。例如中央空調(diào)系統(tǒng)在夏天制冷時(shí)，如果循環(huán)水回水溫度偏低，經(jīng)溫度傳感器得到的反饋信號(hào)減小，說(shuō)明房間溫度過(guò)低，從節(jié)約能源的角度考慮，可以降低變頻器的輸出頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少冷水的流量。而冬天制熱時(shí)，如果回水溫度偏低，反饋信號(hào)減小，說(shuō)明房間溫度低，要求提高變頻器輸出頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，加大熱水的流量。由此可見(jiàn)，同樣是溫度偏低，反饋信號(hào)減小，但要求變頻器的頻率變化方向卻是相反的。這就是引入反饋邏輯的緣由。變頻器反饋邏輯的功能選擇舉例見(jiàn)表2。

表2 變頻器反饋邏輯功能選擇舉例

五、反饋信號(hào)輸入通道

通常變頻器都有若干個(gè)反饋信號(hào)輸入通道，表3介紹了幾種變頻器的反饋信號(hào)輸入通道供參考。由表可見(jiàn)，海利普變頻器只指定4～20mA的模擬量電流信號(hào)通道為唯一的反饋信號(hào)輸入通道，是一個(gè)例外。

表3 幾種變頻器反饋信號(hào)通道

六、PID參數(shù)值的預(yù)置與調(diào)整

一般在調(diào)試剛開(kāi)始時(shí)，P可按中間偏大值預(yù)置，或者暫時(shí)默認(rèn)出廠值，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再按實(shí)際情況細(xì)調(diào)。開(kāi)始運(yùn)行后如果被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時(shí)間I，如仍有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。被控物理量在發(fā)生變化后難以恢復(fù)，首先加大比例增益P，如果恢復(fù)仍較緩慢，可適當(dāng)減小積分時(shí)間I，還可加大微分時(shí)間D。