PID控制系统在变频器中的应用实例

PID控制器是目前机电，冶金，机械，化工等行业应用最广泛的工业控制器。通过变频器有两种PID控制方式：一种是变频器的内置PID控制功能，给定的信号通过面板或变频器的端子输入，反馈信号反馈给控制端。PID在变频器内部进行。调整以改变输出频率；另一种是使用外部PID控制器将给定量与反馈量进行设定，并将其作为控制信号输出到变频器的控制端。

一、PID控制框图

二、PID控制概述

在自动控制中，一般P（比例）、I（积分）、D（微分）不单独使用。常使用PI控制、PD控制和PID控制等组合控制方式。

1）PI控制

P动作控制并不能完全消除偏差。为了消除残留偏差，一般使用PI控制，即 P+I的运算之和。用PI控制时，能消除由改变目标值和偏差。

2）PD控制

为使P动作的振荡衰减和系统稳定，可用PD控制，即P和D运算之和。换言之，PD控制适用于过程本身没有制动作用的负载。

3）PID控制

PID控制是利用PI控制和PD控制的优点组合成的控制。PID运算是P、I和D三个运算的总和，可获得无偏差、精度高和系统稳定的控制过程。

① 负作用：当偏差X（目标值一测定值）为正时，增加执行量（输出频率）；如果偏差为负，则减小执行量。

② 正作用：当偏差X（目标值-测定值）为负时，增加执行量（输出频率）；如果偏差为正，则减小执行量。

三、反馈信号的接入方法

1）给定输入法：变频器在使用PID功能时，将传感器测得的反馈信号直接接到给定信号端，其目标信号由键盘给定。

2）独立输入法：变频器专门配置了独立的反馈信号输入端，有的变频器还为传感器配置了电源，其目标值可以由键盘给定，也可以由指定输入端输入。

四、PID调节功能的预设

1）预设PID调节功能

预设的内容是变频器的PID调节功能是否有效。变频器的PID调节功能有效后，其加/减速过程将完全取决于由P、I、D数据决定的动态响应过程，而原来预设的“加速时间”和“减速时间”将不再起作用。

2）目标值的预设

PID调节的根本依据是反馈量与目标量之间进行比较的结果。因此，准确地预设目标值是很重要的，主要有以下两个方面。

① 面板输入式：只需通过键盘输入目标值即可。目标值通常是被测量实际大小与传感器量程之比的百分数。例如，空气压缩机要求的压力（目标压力）为6MPa，所用压力表的量程是0～10Mpa，则目标值为60%。

② 外部给定式：由外接电位器进行预设，调节较方便。

五、变频器按P、I、D调节规律运行时的特点

1）变频器的输入频率只根据实际数值与目标值的比较结果进行调整，与被控量之间无对应关系。

2）变频器的输出频率始终处于调整状态，其数值常不稳定。