PID算法怎么用

U不能代替V，它们有关联但不是同一个东东。

一般在自动控制中，控制模块（PID等）输出的是控制值，但不是输出值。它们的关系在于PID控制模块输出到PID输出的部分——这个部分，你初入门把它当成“另一个系统X或另一个单独的设备X”即可。系统X是接受U输入，再产生V输入。

拿个实际的例子来说，有个PID要控制水箱水位，上面有入水的水龙头，下方是出水口流出。这个水位就是V输入，通过某个测量器（水位计什么的）输入到PID。然后PID输出U，这里请注意！它的输出U接到水龙头，而水龙头给出的控制方式，是以它的水量影响水箱水位，最后绕回来，水位被测出以V输入到PID。

所以在这个系统中，除PID外，“水龙头－出水－水箱水位”可以视为一套单独的系统，PID以输出影响水龙头（水龙头排出的水量），再注意一下，水龙头对水箱水位的控制是不可预知的，因为不是小学数学题，没有恒定值。水龙头开了100%能产生的流量，可能是200，可能是180，也可能是170，更进一步在水箱中，因为排出量可能变化的影响，即例水龙头恒定了流量，水位也会波动，因此PID外部的“水龙头－出水－水箱水位”系统，可能会有不可预知的波动，但“大方向”是可预料的，比如这个系统，PID的U影响水龙头，间接对水位的大小是一个正向变化，U越大，水位V（输出值）在正常情况下加一个向上增值的影响。

考虑有个同学，他按“人工思考”的方式控制水箱水位，他的能力是可以 *** 作水龙头，能看到水箱水位，相当于上面的U和V，现在BOSS要求他说，必须把水箱水位控制在40%这个位置（给定值），有误差可以，尽量控制。当他看到水位低于40%时，会把水龙头开大，然后根据水位的变化再调水龙头出水的大小，好吧他发现开了水龙头，水位从30%缓慢上升，他一想可能是下面出水太多，就会把水龙头拧大一点（D算法，偏差变化越大，正反向开得越大，I算法，经过一定时间累积值越大，调节U的力度越大），反之亦然，水位从30%向给定的40%上升的速度太快，他会想，快到40%前把水龙头拧小点，让出水和进水差不多。

说回你那个电机，它接受U，相当于“水龙头”，后面电机的输出不可能立即当成V送回PID，而是控制某个设备作正向或反向的增加量，比如这电机连接到一个送料器，控制容器送出给料，那就是个反向增量，PID系统测量出料的多少为V，同样的，由于现实系统的一些不确定性，经常会有另一个扰动加在送料系统上。PID的目的就是找出控制参数，尽量找到一个平衡点，令U对V的间接输出趋近PID的给定值

三菱PLC实现PID控制的方法

1）使用PID过程控制模块。这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户在使用时只需要设置一些参数，使用起来非常方便，一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。但是这种模块的价格昂贵，一般在大型控制系统中使用。如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。

2）使用PID功能指令。现在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令，如FX2N系列PLC的PID指令。它们实际上是用于PID控制的子程序，与A/D、D/A模块一起使用，可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果，价格却便宜得多。

3）使用自编程序实现PID闭环控制。有的PLC没有有PID过程控制模块和 PID控制指令，有时虽然有PID控制指令，但用户希望采用变型PID控制算法。在这些情况下，都需要由用户自己编制PID控制程序。

3. 三菱FX2N的PID指令

PID指令的编号为FNC88，源 *** 作数［S1］、［S2］、[S3]和目标 *** 作数[D]均为数据寄存器D，16位指令，占9个程序步。［S1］和［S2］分别用来存放给定值SV和当前测量到的反馈值PV，［S3］~[S3]＋6用来存放控制参数的值，运算结果MV存放在［D］中。源 *** 作数［S3］占用从［S3］开始的25个数据寄存器。

PID指令是用来调用PID运算程序，在PID运算开始之前，应使用MOV指令将参数设定值预先写入对应的数据寄存器中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器，不需要重复写入。如果目标 *** 作数[D]有断电保持功能，应使用初始化脉冲M8002的常开触点将其复位。

PID指令可以同时多次使用，但是用于运算的[S3]、[D]的数据寄存器元件号不能重复。

PID指令可以在定时中断、子程序、步进指令和转移指令内使用，但是应将［S3］＋7清零（采用脉冲执行的MOV指令）之后才能使用。

控制参数的设定和 PID运算中的数据出现错误时，“运算错误”标志M8067为 ON，错误代码存放在D8067中。

PID指令采用增量式PID算法，控制算法中还综合使用了反馈量一阶惯性数字滤波、不完全微分和反馈量微分等措施，使该指令比普通的PID算法具有更好的控制效果。

PID控制是根据“动作方向”（[S3]+1）的设定内容，进行正作用或反作用的PID运算。PID运算公式如下：

以上公式中：△MV是本次和上一次采样时PID输出量的差值，MVn是本次的PID输出量；EVn和 EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差，SV为设定值；PVn是本次采样的反馈值，PVnf、PVnf-1和PVnf-2分别是本次、前一次和前两次滤波后的反馈值，L是惯性数字滤波的系数；Dn和Dn-l分别是本次和上一次采样时的微分部分；K p是比例增益，T S是采样周期，T I和T D分别是积分时间和微分时间，αD是不完全微分的滤波时间常数与微分时间TD的比值。

4.PID参数的整定

PID控制器有4个主要的参数K p、T I、T D和T S需整定，无论哪一个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定参数时应把握住PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。

在P（比例）、I（积分）、D（微分）这三种控制作用中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数K p越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于大多数系统，K p过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。

积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化。因此，积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度，但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时间常数T I增大时，积分作用减弱，系统的动态性能（稳定性）可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。

微分部分是根据误差变化的速度，提前给出较大的调节作用。微分部分反映了系统变化的趋势，它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预测的特点。微分时间常数T D增大时，超调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。

选取采样周期T S时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化，T S越小越好。但是T S太小会增加CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，所以也不宜将T S取得过小。

---