xin 2.1.2 DDC系统的算法

1、主讲主讲 副教授西北工业大学自动化学院西北工业大学自动化学院 计算机控制系统设计计算机控制系统设计 教教 学学 组组2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 常规常规DDC算法算法 2.1.1 数字数字PID控制控制算法算法 2.1.2 数字数字PID控制算法的实现控制算法的实现 2.1.3 数字数字PID控制算法的控制算法的应用应用2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 2.1.2 数字数字PID控制控制算法算法的的实现实现算法算法改进改进工程实现工程实现通用性和实用价值通用性和实用价值一台仪表调节器一台仪表调节器一个一个PID控制器控制器一个一

2、个PID控制程序控制程序n个数据区个数据区(线性表线性表)n个个PID控制器控制器一台计算机一台计算机2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 2.1.2 数字数字PID控制控制算法算法的的实现实现数字数字PID控制器控制器PID控制程序控制程序(公共公共)数据区数据区(专用专用)PID控制块控制块一个一个PID控制程序控制程序n个数据区个数据区(线性表线性表)n个个PID控制控制块块一台计算机一台计算机.PID1PID2PIDn2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1

3、 常规常规DDCDDC算法算法 2.1.2 数字数字PID控制控制算法算法的的实现实现在在监控组态软件监控组态软件支持下，支持下， 数字数字PID控制器以控制器以PID控制块控制块的形式出现，的形式出现， 其用户表现形式是其用户表现形式是 PID控制块图控制块图及其及其参数表参数表， 并在显示器并在显示器(CRT，LCD)上显示。上显示。 PID控制块的控制块的实体实体： PID控制控制程序程序(公共公共) 参数表参数表 PC1234PIDCOVPVSV2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 2.1.2 数字数字P

4、ID控制控制算法算法的的实现实现 单回路单回路PID控制控制模拟量模拟量输入块输入块PID控制块控制块模拟量模拟量输出块输出块AI块块PID块块AO块块PID被控对象被控对象 eyru D/AA/D在在监控组态软件监控组态软件支持下，支持下， 在显示器在显示器(CRT，LCD)上，上， 调用调用功能块功能块：AI块块，PID块块，AO块块 构成控制回路：连线，填参数表构成控制回路：连线，填参数表每个每个功能块功能块对应一张对应一张参数表参数表2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 2.1.2 数字数字PID控制控制

5、算法算法的的实现实现常规控制中以常规控制中以 PID控制器控制器为核心，为核心， 可以构成控制回路：可以构成控制回路：单回路、单回路、 串级、串级、 前馈、前馈、 比值、比值、 选择、选择、 分程、分程、解耦、解耦、 纯迟延补偿、纯迟延补偿、 PID控制器应具有控制器应具有通用性通用性和和实用性实用性2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 控制回路的构成：控制回路的构成： 用输入、控制、输出用输入、控制、输出功能块功能块组态组态(Configuration)构成控制回路构成控制回路(图图2.9) 图图2.9 单回路

6、单回路PID控制功能块控制功能块组态图组态图模拟量输入块模拟量输入块APVPT1234 AIPID控制块控制块 BOVPC1234 PIDPVSVCOV模拟量输出块模拟量输出块AOVPV1234 AOAOI2.1.2 数字数字PID控制控制算法算法的的实现实现2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 功能块的基本构成：功能块的基本构成： 输入端输入端输出端输出端算法算法工位号工位号(Tag-name)2.1.2 数字数字PID控制控制算法算法的的实现实现 图图2.9 单回路单回路PID控制功能块控制功能块组态图组态图

7、模拟量输入块模拟量输入块APVPT1234 AIPID控制块控制块 BOVPC1234 PIDPVSVCOV模拟量输出块模拟量输出块AOVPV1234 AOAOI2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 2.1.2 数字数字PID控制控制算法算法的的实现实现PID控制器控制器工程实现工程实现的六部分：的六部分： 图图2.10 给定值给定值处处 理理被控量被控量处处 理理偏差偏差 处理处理P I D 计计 算算控制量控制量处处 理理自动手自动手动切换动切换CDVCOVULUSCSVCPVSVPV按照按照PID控制器工程

8、实现的控制器工程实现的 六部分六部分要求要求编写程序编写程序2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 2.1.2 数字数字PID控制控制算法算法的的实现实现PID控制器控制器工程实现工程实现的六部分：的六部分： 图图2.10 1. 给定值处理给定值处理2. 被控量处理被控量处理3. 偏差处理偏差处理4. PID计算计算5. 控制量处理控制量处理6. 自动手动切换自动手动切换7. PID控制块参数表控制块参数表 8. PID控制器的无平衡无扰动切换控制器的无平衡无扰动切换2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制

9、算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 1.给定值处理给定值处理给定值给定值处处 理理CSVSV偏差偏差 处理处理CDV自动手自动手动切换动切换COVP I D 计计 算算UL控制量控制量处处 理理US被控量被控量处处 理理CPVPV2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 1.给定值处理给定值处理(1) 给定值选择给定值选择(2) 给定值变化率限制给定值变化率限制 图图 2.11 给定值处理给定值处理SVL : 内给给定值内给给定值SV : 串级给定值串级给定值SVS : SCC给定

10、值给定值SR : 给定值变化率限制给定值变化率限制CSV : 计算给定值计算给定值LOC : 内给开关内给开关CAS : 串级开关串级开关SCC : SCC开关开关SV_MODE : 给定值方式给定值方式CSVSVSVLSRSVS变化率限制变化率限制20SCCLOC1CAS给定值选择给定值选择SV_MODE2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 1.给定值处理给定值处理(1) 给定值给定值选择选择选择给定值方式选择给定值方式(SV_MODE)的的 值值0、1或或2， 分别对应软开关分别对应软开关LOC、CAS或或S

11、CC， 可以构成可以构成内给定、串级和监控状态。内给定、串级和监控状态。给定值方式给定值方式SV_MODE012LOC(内给定内给定)CAS(串级串级)SCC (监控监控)=软开关软开关枚举数枚举数Local ，Cascade ，Supervisor Computer Control 图图 2.11 给定值处理给定值处理SVL : 内给给定值内给给定值SV : 串级给定值串级给定值SVS : SCC给定值给定值SR : 给定值变化率限制给定值变化率限制CSV : 计算给定值计算给定值LOC : 内给开关内给开关CAS : 串级开关串级开关SCC : SCC开关开关SV_MODE : 给定值方式

12、给定值方式CSVSVSVLSRSVS变化率限制变化率限制20SCCLOC1CAS给定值选择给定值选择SV_MODE2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 内给定内给定(LOC)状态状态当当SV_MODE=0， 软开关处于软开关处于LOC位置位置内给定值内给定值SVL来自操作员的设置：来自操作员的设置： 操作员键盘操作员键盘 画面按键画面按键 构成构成单回路单回路控制控制PIDG(s)SVPVE1.给定值处理给定值处理(1) 给定值给定值选择选择 图图 2.11 给定值处理给定值处理SVL : 内给给定值内给给定值S

13、V : 串级给定值串级给定值SVS : SCC给定值给定值SR : 给定值变化率限制给定值变化率限制CSV : 计算给定值计算给定值LOC : 内给开关内给开关CAS : 串级开关串级开关SCC : SCC开关开关SV_MODE : 给定值方式给定值方式CSVSVSVLSRSVS变化率限制变化率限制20SCCLOC1CAS给定值选择给定值选择SV_MODE2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 构成构成串级串级控制回路控制回路PID1PID2G2(s)G1(s)E1SV2SV1PV1PV2E2副副调节器调节器主调节

14、器主调节器1.给定值处理给定值处理(1) 给定值给定值选择选择串级串级(CAS)状态状态当当SV_MODE=1， 软开关处于软开关处于CAS位置位置串级给定值串级给定值SV来自来自 主主PID控制块或其它功能块控制块或其它功能块 图图 2.11 给定值处理给定值处理SVL : 内给给定值内给给定值SV : 串级给定值串级给定值SVS : SCC给定值给定值SR : 给定值变化率限制给定值变化率限制CSV : 计算给定值计算给定值LOC : 内给开关内给开关CAS : 串级开关串级开关SCC : SCC开关开关SV_MODE : 给定值方式给定值方式CSVSVSVLSRSVS变化率限制变化率限制

15、20SCCLOC1CAS给定值选择给定值选择SV_MODE2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 监控监控(SCC)状态状态当当SV_MODE=2， 软开关处于软开关处于SCC位置位置监控给定值监控给定值SVS 来自上位监控计算机来自上位监控计算机构成构成两级两级计算机控制计算机控制SCCDDC对象对象SVS1.给定值处理给定值处理(1) 给定值给定值选择选择 图图 2.11 给定值处理给定值处理SVL : 内给给定值内给给定值SV : 串级给定值串级给定值SVS : SCC给定值给定值SR : 给定值变化率限制给

16、定值变化率限制CSV : 计算给定值计算给定值LOC : 内给开关内给开关CAS : 串级开关串级开关SCC : SCC开关开关SV_MODE : 给定值方式给定值方式CSVSVSVLSRSVS变化率限制变化率限制20SCCLOC1CAS给定值选择给定值选择SV_MODE2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 选择给定值方式选择给定值方式(SV_MODE)的的3种方法：种方法：LOCCASSCC通过通过PID控制块控制块参数表参数表(表表2.1.1 )， 选选SV_ MODE为为 内给内给LOC、串级、串级CAS或

17、监控或监控SCC；通过通过程序程序 给给SV_MODE赋值赋值0、1、21.给定值处理给定值处理 当当PID控制块处于自动控制块处于自动AUTO方式时，方式时， 点击点击PID控制画面的控制画面的LOC、CAS或或SCC窗口窗口；2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 (2) 给定值变化率给定值变化率限制限制为了为了减少给定值突变减少给定值突变 对控制系统的扰动，对控制系统的扰动， 防止防止P、D饱和，饱和， 以实现平稳控制，以实现平稳控制， 需要对给定值的变化率需要对给定值的变化率 SR加以加以限制限制。SR的的

18、单位单位为被控量为被控量PV量程量程(RH- -RL)的的百分数百分数/秒秒1.给定值处理给定值处理 图图 2.11 给定值处理给定值处理SVL : 内给给定值内给给定值SV : 串级给定值串级给定值SVS : SCC给定值给定值SR : 给定值变化率限制给定值变化率限制CSV : 计算给定值计算给定值LOC : 内给开关内给开关CAS : 串级开关串级开关SCC : SCC开关开关SV_MODE : 给定值方式给定值方式CSVSVSVLSRSVS变化率限制变化率限制20SCCLOC1CAS给定值选择给定值选择SV_MODE2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实

19、现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 (2) 给定值变化率给定值变化率限制限制1401500246810SCSV1.给定值处理给定值处理例如，例如，PV量程为量程为0200(即即RL=0，RH=200)， SR取取0.5%/秒，即秒，即SR=1/秒；秒； 当给定值当给定值SV从从140升到升到150时，时，内部内部参与运算的给定值参与运算的给定值 CSV需要用需要用 10秒秒才能才能 升到升到1502.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 (2) 给定值变化率给定值变化率限制限制1.给定值处理给定值处理通

20、过通过PID控制块控制块参数表参数表(2.1.1)，给，给SR赋值赋值。SR的选取要适中，的选取要适中， 过小过小会使响应变慢，会使响应变慢， 过大过大则达不到限制的目的。则达不到限制的目的。2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 2.1.2 数字数字PID控制控制算法算法的的实现实现PID控制器控制器工程实现工程实现的六部分：的六部分： 图图2.10 1. 给定值处理给定值处理2. 被控量处理被控量处理3. 偏差处理偏差处理4. PID计算计算5. 控制量处理控制量处理6. 自动手动切换自动手动切换7. PID控

21、制块参数表控制块参数表 8. PID控制器的无平衡无扰动切换控制器的无平衡无扰动切换2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 2.被控量被控量处理处理偏差偏差 处理处理CDV自动手自动手动切换动切换COVP I D 计计 算算UL控制量控制量处处 理理US给定值给定值处处 理理CSVSV被控量被控量处处 理理CPVPV2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 (1) PV方式方式(PV_MODE)(2) PV滤波滤波(3) PV高低限值报警

22、高低限值报警2.被控量被控量处理处理图图 2.12 被控量处理被控量处理PV : 被控量被控量CPV : 计算被控量计算被控量TF : 滤波时间常数滤波时间常数PV_ MODE : PV信号源信号源PHHA: PV高高限报警值高高限报警值PHIA: PV高限报警值高限报警值PLOA: PV低限报警值低限报警值PLLA: PV低低限报警值低低限报警值HY : PV报警死区报警死区PHHAS: PV高高限报警状态高高限报警状态PHIAS: PV高限报警状态高限报警状态PLOAS : PV低限报警状态低限报警状态PLLAS : PV低低限报警状态低低限报警状态HYHYPVPH IAPLOA1100P

23、H IASPLOASt1t2t3t4tPV报警检查报警检查01AUTOMANPV_MODECPV滤滤波波TFPHHA PHHASPH IA PH IASPLOA PLOASPLLA PLLASHY2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 (1) PV方式方式(PV_MODE)当当PV_MODE=AUTO， PV来自来自 AI块或其它块；块或其它块；当当PV_MODE=MAN， PV来自来自 人工设置人工设置， 用用于于仿真调试仿真调试。图图 2.12 被控量处理被控量处理PV : 被控量被控量CPV : 计算被控量计

24、算被控量TF : 滤波时间常数滤波时间常数PV_ MODE : PV信号源信号源PHHA: PV高高限报警值高高限报警值PHIA: PV高限报警值高限报警值PLOA: PV低限报警值低限报警值PLLA: PV低低限报警值低低限报警值HY : PV报警死区报警死区PHHAS: PV高高限报警状态高高限报警状态PHIAS: PV高限报警状态高限报警状态PLOAS : PV低限报警状态低限报警状态PLLAS : PV低低限报警状态低低限报警状态HYHYPVPH IAPLOA1100PH IASPLOASt1t2t3t4tPV报警检查报警检查01AUTOMANPV_MODECPV滤滤波波TFPHHA

25、PHHASPH IA PH IASPLOA PLOASPLLA PLLASHY2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 选择选择PV_MODE的的 2种方法：种方法： 通过通过PID控制块控制块 参数表参数表(表表2.1.1)， 选选PV_ MODE为为 AUTO或或MAN；通过通过程序程序给给PV_MODE赋值赋值OFF(AUTO)或或ON(MAN)2.被控量被控量处理处理(1) PV方式方式(PV_MODE)图图 2.12 被控量处理被控量处理PV : 被控量被控量CPV : 计算被控量计算被控量TF : 滤波时

26、间常数滤波时间常数PV_ MODE : PV信号源信号源PHHA: PV高高限报警值高高限报警值PHIA: PV高限报警值高限报警值PLOA: PV低限报警值低限报警值PLLA: PV低低限报警值低低限报警值HY : PV报警死区报警死区PHHAS: PV高高限报警状态高高限报警状态PHIAS: PV高限报警状态高限报警状态PLOAS : PV低限报警状态低限报警状态PLLAS : PV低低限报警状态低低限报警状态HYHYPVPH IAPLOA1100PH IASPLOASt1t2t3t4tPV报警检查报警检查01AUTOMANPV_MODECPV滤滤波波TFPHHA PHHASPH IA P

27、H IASPLOA PLOASPLLA PLLASHY2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 一阶惯性一阶惯性滤波滤波公式公式(1.3.1)Tf为滤波时间为滤波时间(秒秒) 通过通过PID控制块控制块参数表参数表(表表2.1.1)，给给Tf 赋值赋值2.被控量被控量处理处理(2) PV滤波滤波图图 2.12 被控量处理被控量处理PV : 被控量被控量CPV : 计算被控量计算被控量TF : 滤波时间常数滤波时间常数PV_ MODE : PV信号源信号源PHHA: PV高高限报警值高高限报警值PHIA: PV高限报警

28、值高限报警值PLOA: PV低限报警值低限报警值PLLA: PV低低限报警值低低限报警值HY : PV报警死区报警死区PHHAS: PV高高限报警状态高高限报警状态PHIAS: PV高限报警状态高限报警状态PLOAS : PV低限报警状态低限报警状态PLLAS : PV低低限报警状态低低限报警状态HYHYPVPH IAPLOA1100PH IASPLOASt1t2t3t4tPV报警检查报警检查01AUTOMANPV_MODECPV滤滤波波TFPHHA PHHASPH IA PH IASPLOA PLOASPLLA PLLASHY2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法

29、的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 当当PV PHIA 时，时， 则则高高限报警状态限报警状态PHIAS为逻辑为逻辑“1”；当当PV PHHA时，时， 则则高高高高限报警状态限报警状态PHHAS为逻辑为逻辑“1”， 同时同时高高限报警状态限报警状态PHIAS也为逻辑也为逻辑“1”；当当PV PLLA时，时， 则则低低低低限报警状态限报警状态PLLAS为逻辑为逻辑“1”， 同时同时低低限报警状态限报警状态PLOAS也为逻辑也为逻辑“1”。PVPHHAPHIAPLOAPLLA02.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDC

30、DDC算法算法 当当PV处于报警临界值时，处于报警临界值时， 为了不使报警状态频繁改变，为了不使报警状态频繁改变， 可以设置一定的可以设置一定的报警死区报警死区HY。通过通过PID控制块控制块参数表参数表(表表2.1.1)， 依次给依次给PLLA、PLOA、PHIA、PHHA、HY赋值赋值。HYHY(3) PV高低限值高低限值报警报警2.被控量被控量处理处理2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 2.1.2 数字数字PID控制控制算法算法的的实现实现PID控制器控制器工程实现工程实现的六部分：的六部分： 图图2.1

31、0 1. 给定值处理给定值处理2. 被控量处理被控量处理3. 偏差处理偏差处理4. PID计算计算5. 控制量处理控制量处理6. 自动手动切换自动手动切换7. PID控制块参数表控制块参数表 8. PID控制器的无平衡无扰动切换控制器的无平衡无扰动切换2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 偏差偏差处理处理 CDV自动手自动手动切换动切换COVP I D 计计 算算UL控制量控制量处处 理理US给定值给定值处处 理理CSVSV被控量被控量处处 理理CPVPV3.偏差处理偏差处理2.1.2 2.1.2 数字数字PID

32、PID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 3.偏差处理偏差处理(1) 计算偏差计算偏差(2) 偏差报警偏差报警(3) 非线性特性非线性特性(4) 输入补偿输入补偿图图 2.13 偏差处理偏差处理CSV : 计算给定值计算给定值CPV : 计算被控量计算被控量D_R : 正正/反作用方式反作用方式ICV : 输入补偿量输入补偿量DV : 偏差偏差DVC : 中间偏差中间偏差CDV : 计算偏差计算偏差ICM : 输入补偿方式输入补偿方式DVA : 偏差报警值偏差报警值DVAS : 偏差报警状态偏差报警状态NA : 非线性区非线性区NK : 非线性区增益非线

33、性区增益+NA NADVC0NK =1计算计算偏差偏差 NA +NANK偏差报警偏差报警DVAS非线性非线性CDVDVCDVCSVCPVD_RICVDVA输入输入补偿补偿NK1ICMDVNK=12.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 3.偏差处理偏差处理(1) 计算偏差计算偏差正正/ /反作用方式反作用方式(D_R) 当当D_R=OFF， 代表代表正正作用，作用， 偏差偏差DV+=CPVCSV 当当D_R=ON， 代表代表反反作用，作用， 偏差偏差DV=CSVCPV通过通过PID控制块控制块参数表参数表(表表2.1

34、.1) 选择正选择正/反作用方式，反作用方式， 给给D_R赋值赋值OFF/ON。图图 2.13 偏差处理偏差处理CSV : 计算给定值计算给定值CPV : 计算被控量计算被控量D_R : 正正/反作用方式反作用方式ICV : 输入补偿量输入补偿量DV : 偏差偏差DVC : 中间偏差中间偏差CDV : 计算偏差计算偏差ICM : 输入补偿方式输入补偿方式DVA : 偏差报警值偏差报警值DVAS : 偏差报警状态偏差报警状态NA : 非线性区非线性区NK : 非线性区增益非线性区增益+NA NADVC0NK =1计算计算偏差偏差 NA +NANK偏差报警偏差报警DVAS非线性非线性CDVDVCD

35、VCSVCPVD_RICVDVA输入输入补偿补偿NK DVA时，时， 则则偏差报警状态偏差报警状态DVAS为逻辑为逻辑“1”通过通过PID控制块控制块参数表参数表(表表2.1.1)， 给给偏差绝对值偏差绝对值DVA赋值赋值。3.偏差处理偏差处理(2) 偏差报警偏差报警图图 2.13 偏差处理偏差处理CSV : 计算给定值计算给定值CPV : 计算被控量计算被控量D_R : 正正/反作用方式反作用方式ICV : 输入补偿量输入补偿量DV : 偏差偏差DVC : 中间偏差中间偏差CDV : 计算偏差计算偏差ICM : 输入补偿方式输入补偿方式DVA : 偏差报警值偏差报警值DVAS : 偏差报警状

36、态偏差报警状态NA : 非线性区非线性区NK : 非线性区增益非线性区增益+NA NADVC0NK =1计算计算偏差偏差 NA +NANK偏差报警偏差报警DVAS非线性非线性CDVDVCDVCSVCPVD_RICVDVA输入输入补偿补偿NK1ICMDVNK=12.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 为了实现为了实现非非线性线性PID控制控制 或带或带死死区的区的PID控制，控制，+NA NADVC0NK =10NK1DV设置了非线性区设置了非线性区NA至至+NA和非线性区增益和非线性区增益NK3.偏差处理偏差处理(

37、3) 非线性特性非线性特性图图 2.13 偏差处理偏差处理CSV : 计算给定值计算给定值CPV : 计算被控量计算被控量D_R : 正正/反作用方式反作用方式ICV : 输入补偿量输入补偿量DV : 偏差偏差DVC : 中间偏差中间偏差CDV : 计算偏差计算偏差ICM : 输入补偿方式输入补偿方式DVA : 偏差报警值偏差报警值DVAS : 偏差报警状态偏差报警状态NA : 非线性区非线性区NK : 非线性区增益非线性区增益+NA NADVC0NK =1计算计算偏差偏差 NA +NANK偏差报警偏差报警DVAS非线性非线性CDVDVCDVCSVCPVD_RICVDVA输入输入补偿补偿NK1

38、ICMDVNK=12.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 当当NK=0时，时， 则为带则为带死区死区的的PID控制；控制；当当0 NK 1时，时，则为则为非线性非线性PID控制；控制；当当NK=1时，时， 则为则为正常正常的的PID控制。控制。+NA NADVC0NK =10NK1DV3.偏差处理偏差处理(3) 非线性特性非线性特性2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 3.偏差处理偏差处理(3) 非线性特性非线性特性当当DV在非线性区

39、在非线性区外外，那就恢复那就恢复正常正常的的PID控制控制通过通过PID控制块控制块参数表参数表(表表2.1.1)或或程序程序，给给NA和和NK赋值赋值。+NA NADVC0NK =10NK1DV2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 3.偏差处理偏差处理(4) 输入补偿输入补偿ICM=0ICM=1ICM=2ICM=3四种四种 输入补偿方式输入补偿方式ICM：图图 2.13 偏差处理偏差处理CSV : 计算给定值计算给定值CPV : 计算被控量计算被控量D_R : 正正/反作用方式反作用方式ICV : 输入补偿量输

40、入补偿量DV : 偏差偏差DVC : 中间偏差中间偏差CDV : 计算偏差计算偏差ICM : 输入补偿方式输入补偿方式DVA : 偏差报警值偏差报警值DVAS : 偏差报警状态偏差报警状态NA : 非线性区非线性区NK : 非线性区增益非线性区增益+NA NADVC0NK =1计算计算偏差偏差 NA +NANK偏差报警偏差报警DVAS非线性非线性CDVDVCDVCSVCPVD_RICVDVA输入输入补偿补偿NK1ICMDVNK=12.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 当当ICM=0，代表代表无无补偿，补偿，此时此

41、时CDV= DVC当当ICM=1，代表代表加加补偿，补偿，此时此时CDV= DVC+ ICV偏差偏差DVC输入补偿量输入补偿量ICV输入补偿方式输入补偿方式ICM3.偏差处理偏差处理(4) 输入补偿输入补偿图图 2.13 偏差处理偏差处理CSV : 计算给定值计算给定值CPV : 计算被控量计算被控量D_R : 正正/反作用方式反作用方式ICV : 输入补偿量输入补偿量DV : 偏差偏差DVC : 中间偏差中间偏差CDV : 计算偏差计算偏差ICM : 输入补偿方式输入补偿方式DVA : 偏差报警值偏差报警值DVAS : 偏差报警状态偏差报警状态NA : 非线性区非线性区NK : 非线性区增益

42、非线性区增益+NA NADVC0NK =1计算计算偏差偏差 NA +NANK偏差报警偏差报警DVAS非线性非线性CDVDVCDVCSVCPVD_RICVDVA输入输入补偿补偿NK1ICMDVNK=12.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 输入补偿方式输入补偿方式ICM3.偏差处理偏差处理(4) 输入补偿输入补偿当当ICM=2，代表代表减减补偿，补偿，此时此时CDV= DVCICV当当ICM=3，代表代表置换置换补偿，补偿，此时此时CDV= ICV偏差偏差DVC输入补偿量输入补偿量ICV图图 2.13 偏差处理偏差处

43、理CSV : 计算给定值计算给定值CPV : 计算被控量计算被控量D_R : 正正/反作用方式反作用方式ICV : 输入补偿量输入补偿量DV : 偏差偏差DVC : 中间偏差中间偏差CDV : 计算偏差计算偏差ICM : 输入补偿方式输入补偿方式DVA : 偏差报警值偏差报警值DVAS : 偏差报警状态偏差报警状态NA : 非线性区非线性区NK : 非线性区增益非线性区增益+NA NADVC0NK =1计算计算偏差偏差 NA +NANK偏差报警偏差报警DVAS非线性非线性CDVDVCDVCSVCPVD_RICVDVA输入输入补偿补偿NK|IB时，时， 用用PD控制；控制；当当| | E(n)|

44、IB时，时，用用PID控制。控制。通过通过PID控制块控制块参数表参数表(表表2.1.1)给给IB赋值赋值图图 2.5 积分分离曲线积分分离曲线bay0tP DP I DP Db rb 2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 (2) 微分微分方式方式当当DV_PV=OFF时，时，则选偏差则选偏差DV微分算式微分算式当当DV_PV=ON时，时，则选测量值则选测量值PV微分算式微分算式通过通过PID控制块控制块参数表参数表(表表2.1.1)给给DV_PV赋值赋值串级串级控制的控制的副副PID控制块，控制块，不不能采用测

45、量值能采用测量值PV微分微分。4. PID计算计算 图图 2.14 P I D计算计算CDV: 计算偏差计算偏差CPV: 计算被控量计算被控量DV_PV : 微分方式微分方式EQ _MODE : PID算式算式P : 比例比例I : 积分积分D : 微分微分OH : 控制量上限值控制量上限值OL : 控制量下限值控制量下限值UC : 计算控制量计算控制量UL : 限幅控制量限幅控制量OHOLP限幅限幅CPVCDVULID01DVPVUCDV_PVEQ _MODE2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 串级串级控制的

46、控制的副副PID控制块，控制块，不不能采用测量值能采用测量值PV微分微分。PID1PID2G2(s)G1(s)E1SV2SV1PV1PV2E2副副调节器调节器主调节器主调节器(2) 微分微分方式方式4. PID计算计算2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 (3) 控制量控制量限幅限幅 控制量控制量UC：UC不能超出不能超出D/A 所能表示的数值范围，所能表示的数值范围， 或或UC不能超出不能超出 调节阀调节阀行程行程0100%， 或或UC不能超出不能超出 标准数标准数“01” 4. PID计算计算 图图 2.14

47、 P I D计算计算CDV: 计算偏差计算偏差CPV: 计算被控量计算被控量DV_PV : 微分方式微分方式EQ _MODE : PID算式算式P : 比例比例I : 积分积分D : 微分微分OH : 控制量上限值控制量上限值OL : 控制量下限值控制量下限值UC : 计算控制量计算控制量UL : 限幅控制量限幅控制量OHOLP限幅限幅CPVCDVULID01DVPVUCDV_PVEQ _MODE2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 当当UCOL时，时，则取则取UL=OL；当当OLUCRL 99999.00+99

48、999.00 9 RL PV量程下限量程下限 工程量工程量 RLRH 99999.00+99999.00 10 EU PV工程单位工程单位 ，Pa，MPa，m3，(自定义自定义8个字符个字符) 11 OV_MODE PID工作方式工作方式 MAN=0 AUTO=1 INIT=2 NLH=3 PBH=4 0 12 SV_ MODE 给定值方式给定值方式 内给内给LOC=0 ， 串级串级CAS=1 ， 监控监控SCC=2 0 2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 功能块组态图功能块组态图： 左左边为输边为输入入端端

49、右右边为输边为输出出端端功能块组态图举例功能块组态图举例：单回路单回路图图2.17 单回路单回路PID控制块控制块组态图组态图模拟量输入块模拟量输入块APVLT1235 AIPID控制块控制块 BOVLC1235 PIDPVBIVSVCOV模拟量输出块模拟量输出块AOVLV1235 AOBOVAOI7. PID控制块控制块参数表参数表2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 图图2.18 串级串级PID控制块控制块组态图组态图APVTT1236 AI BOVTC1236 PIDPVBIVSVCOVAOVFV1237

50、AOBOVAOI BOVFC1237 PIDSVBIVPVCOVAPVFT1237 AI模拟量输入块模拟量输入块模拟量输入块模拟量输入块PID控制块控制块PID控制块控制块模拟量输出块模拟量输出块7. PID控制块控制块参数表参数表功能块组态图举例功能块组态图举例：串级串级2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 功能块参数表功能块参数表： 端子端子参数：参数： 该参数来自其它功能块的输出端该参数来自其它功能块的输出端 例如，被控量例如，被控量PV， 对应对应T_PV栏填写栏填写LT1235.PV 内含内含参数：参数

51、： 内部变量内部变量 例如，比例增益例如，比例增益KP、积分时间、积分时间TI、 微分时间微分时间TD、微分增益、微分增益KD、 等等。等等。7. PID控制块控制块参数表参数表2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 参数引用：参数引用： 工位号工位号. 参数名，参数名， 例如，例如，LC1235.PV 代表代表PID控制块的被控量控制块的被控量7. PID控制块控制块参数表参数表2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 小结：小结： 组

52、态软件的组态软件的功能功能：连接功能块图的连接功能块图的 输出、输入端子输出、输入端子填写功能块参数表填写功能块参数表 功能块的功能块的实体实体：功能块功能块参数表参数表功能块功能块程序程序7. PID控制块控制块参数表参数表2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 2.1.2 数字数字PID控制控制算法算法的的实现实现PID控制器控制器工程实现工程实现的六部分：的六部分： 图图2.10 1. 给定值处理给定值处理2. 被控量处理被控量处理3. 偏差处理偏差处理4. PID计算计算5. 控制量处理控制量处理6. 自动

53、手动切换自动手动切换7. PID控制块参数表控制块参数表8. PID控制器的无平衡无扰动切换控制器的无平衡无扰动切换2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 8. PID控制器的控制器的无平衡无扰动切换无平衡无扰动切换PID控制方式切换之前控制方式切换之前(例如例如MAN到到AUTO或或AUTO到到MAN) ，无须无须由人进行由人进行手动手动输出控制信号与输出控制信号与 自动自动输出控制信号之间的输出控制信号之间的 对位平衡操作对位平衡操作，就可以保证切换时就可以保证切换时 不会不会对执行机构的对执行机构的 现有位置

54、产生现有位置产生扰动扰动。无平衡无扰动切换的无平衡无扰动切换的含义含义1： NMAN N+1 AUTO U T2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 PID控制方式切换之前，控制方式切换之前，无须无须人做任何准备，人做任何准备，就可以保证切换时就可以保证切换时不会不会对执行机构的对执行机构的现有位置产生现有位置产生扰动扰动。 NMAN N+1 AUTO U T无平衡无扰动切换的无平衡无扰动切换的含义含义2：8. PID控制器的控制器的无平衡无扰动切换无平衡无扰动切换2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算

55、法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 为了实现为了实现 无平衡无扰动切换，无平衡无扰动切换， 应分以下应分以下 5种情况分别采取相应的种情况分别采取相应的措施措施：(1) 手动手动MAN/自动自动AUTO(2) 输出跟踪输出跟踪(YT) (3) 输出安全输出安全(YS) (4) 输出保持输出保持(YH) (5) 回算回算输出和输出和回算回算输入输入 8. PID控制器的控制器的无平衡无扰动切换无平衡无扰动切换2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 (1) 手动手动MAN /自动自动A

56、UTO PID控制块处于控制块处于MAN方式方式(OV_MODE=0) 图图2.16 自动手动切换自动手动切换AUTO: PID自动自动MAN: PID手动手动INIT : 初始化初始化NLH : 副调极限保持副调极限保持PBH : PV坏保持坏保持ATTRIBUT:功能块属性功能块属性US： 安全控制量安全控制量MOV：手动控制量：手动控制量OTV ： 输出跟踪量输出跟踪量OTS ： 输出跟踪开关输出跟踪开关OV_MODE : PID工作方式工作方式OR：控制量变化率限制：控制量变化率限制UA: 自动控制量自动控制量UT: 跟踪控制量跟踪控制量UR: 限制控制量限制控制量COV: 输出控制量

57、输出控制量ACTIVE:功能块激活功能块激活MV变化率变化率 限制限制 控制量控制量 限幅限幅OTVUSMOV输出输出跟踪跟踪20AUTOMAN10YTNTOHOLORURCOVUTUAOV_MODEATTRIBUTACTIVEOTS1I N ITNLHPBH342.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 (1) 手动手动MAN /自动自动AUTO PID控制块处于控制块处于MAN方式方式(OV_MODE=0)为切向为切向AUTO每个控制周期应做以下每个控制周期应做以下准备准备工作：工作：给定值给定值(CSV)跟踪被控

58、量跟踪被控量(CPV)；历史历史数据数据E(n-1)、E(n-2)、Ud(n-1)等等清零清零；控制量控制量COV赋给赋给UC(n-1) ；目的目的：切向切向AUTO的那个控制周期使得的那个控制周期使得CSV=CPV，即偏差，即偏差E(n)为为0；历史数据为历史数据为0；这；这2条使得条使得UC(n)=0 UC(n)=UC(n-1)+UC(n) =UC(n-1)= COV2.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 PID控制块处于控制块处于 AUTO方式方式 (OV_MODE=1)为切向为切向MAN 每个控制周期每个控

59、制周期 应做以下准备工作：应做以下准备工作： 控制量控制量COV 赋给赋给MOV(1) 手动手动MAN /自动自动AUTO 图图2.16 自动手动切换自动手动切换AUTO: PID自动自动MAN: PID手动手动INIT : 初始化初始化NLH : 副调极限保持副调极限保持PBH : PV坏保持坏保持ATTRIBUT:功能块属性功能块属性US： 安全控制量安全控制量MOV：手动控制量：手动控制量OTV ： 输出跟踪量输出跟踪量OTS ： 输出跟踪开关输出跟踪开关OV_MODE : PID工作方式工作方式OR：控制量变化率限制：控制量变化率限制UA: 自动控制量自动控制量UT: 跟踪控制量跟踪控

60、制量UR: 限制控制量限制控制量COV: 输出控制量输出控制量ACTIVE:功能块激活功能块激活MV变化率变化率 限制限制 控制量控制量 限幅限幅OTVUSMOV输出输出跟踪跟踪20AUTOMAN10YTNTOHOLORURCOVUTUAOV_MODEATTRIBUT ACTIVEOTS1I N ITNLHPBH342.1.2 2.1.2 数字数字PIDPID控制算法的实现控制算法的实现 2.1 2.1 常规常规DDCDDC算法算法 (2) 输出输出跟踪跟踪实例之一，实例之一，为了操作安全，为了操作安全， 有必要为有必要为PID控制块控制块 配置配置手动操作器手动操作器(图图2.19 )， 作