运动控制技术与应用 教案 任务2.3 变频器的PID运行

任务2.3变频器的PID运行一、基本信息任务名称变频器的PID运行授课学时2学时授课班级授课人数授课地点运动控制技术实训室课型理实一体化课参考标准国家标准GB/T12668.2-2002《调速电气传动系统》；西门子G120变频器技术手册；XX学院《运动控制技术与应用》课程标准；全国职业院校技能大赛“现代电气控制系统安装与调试”赛项评分标准参考教材《运动控制技术与应用》机械工业出版社2026.6二、教学分析（一）教学内容内容位置项目2端子控制变频器运动控制系统→任务2.3变频器的PID运行教学内容1.PID控制原理（比例、积分、微分的作用及特点）

2.G120C变频器PID工艺控制器的结构（图2-52）

3.PID工艺控制器的主要参数（表2-25：p2200、p2253、p2264、p2280、p2285、p2274等）

4.设定值与反馈值的来源（模拟量、电动电位器、固定值、总线）

5.PID连接模式（主设定值/附加设定值）

6.恒压供水系统的电气接线与参数设置

7.用Startdrive软件调试PID参数及运行监控内容分析本次课是变频器高级应用任务，学生需要理解PID闭环控制的基本原理，掌握G120C变频器PID工艺控制器的参数设置方法，并能够结合实际（如恒压供水）完成PID调试。通过2学时的理实一体化教学，使学生具备在过程控制中应用变频器PID功能的能力。（二）学情分析知识和技能基础学生已完成任务2.1、2.2的学习，掌握了变频器端子控制、模拟量调速及PLC/HMI集成控制；对PID控制概念较为陌生，缺乏闭环控制的实际经验。诉求和素养储备学生对恒压供水等实际工程案例感兴趣，希望理解PID如何消除偏差；部分学生对比例、积分、微分的抽象概念理解困难，需要借助实例和波形辅助教学。学习特点喜欢通过仿真或实际数据观察PID调节效果；对参数整定（如Kp、Ti）的“试凑”过程感到新奇；乐于小组协作完成调试任务。（三）目标分析知识目标1.理解PID控制的基本原理（比例、积分、微分的作用及特点）。

2.掌握G120C变频器PID工艺控制器的结构及主要参数（p2200、p2253、p2264、p2280、p2285等）。

3.了解设定值与反馈值的常见来源及PID连接模式。能力目标1.能根据恒压供水要求完成变频器PID控制的电气接线（模拟量反馈信号接入AI0）。

2.能用Startdrive软件设置PID工艺控制器参数（使能、设定值/反馈值通道、比例增益、积分时间等）。

3.能通过模拟量信号源调试PID响应，观察变频器频率随反馈值的变化。素质目标1.通过了解PID控制在节能和工艺优化中的应用，增强科技报国信心。

2.养成规则意识、标准意识和5S管理的职业素养，培养开拓创新的科学精神。（四）教学重难点类型重难点内容确立依据解决方法教学重点1.PID比例、积分、微分的作用及特点

2.G120CPID工艺控制器的主要参数（p2200、p2253、p2264、p2280、p2285）

3.PID恒压供水的接线与参数设置PID是变频器高级应用的核心，过程控制中广泛使用1.结合生活实例（水箱水位、车速控制）讲解P/I/D作用

2.对照表2-25讲解参数功能，演示Startdrive中设置

3.分组完成恒压供水模拟接线与调试教学难点1.积分时间对稳态误差的消除作用及积分饱和现象

2.微分作用对噪声的敏感性及使用条件

3.PID参数整定的方法（试凑法）及观察频率变化规律参数抽象，整定需要经验，学生初次接触易迷茫1.用“水桶水位”比喻积分：偏差持续存在则积分累积，直至消除静差

2.说明微分仅适用于变化缓、噪声小的场合

3.提供参数调整参考表，让学生分组尝试并记录频率变化趋势（五）教学策略教学流程任务导入（5min）→新知讲解（15min）→电气接线与参数设计（15min）→PID调试实训（20min）→评价总结（5min）教学方法讲授法、任务驱动法、演示法、小组协作法、实训操作法信息化手段1.智慧树在线课平台：发布预习资料（PID控制原理动画）

2.Startdrive软件、PID参数监控界面

3.数字化资源：PID参数整定速查表、恒压供水案例教学资源实物：G120C变频器、三相异步电动机（水泵负载）、压力传感器（0-10V）、断路器、开关电源、万用表、电工工具；资料：电气原理图、PID参数表、实训工单三、教学安排课前教学环节教学内容教师活动学生活动教学方法与手段知识探索1.观看微课“PID控制原理（水箱液位调节）”

2.预习教材中“PID控制原理”和“G120CPID工艺控制器”部分

3.浏览G120C手册中PID相关参数1.智慧树在线课平台发布预习视频和任务单

2.发布讨论题：“如何让水压保持恒定？”

3.上传PID参数说明节选1.观看视频，初步理解P/I/D概念

2.阅读教材，记录疑问

3.了解PID工艺控制器的主要参数线上平台+动画视频，提前感知闭环控制思想课中（2课时连上）教学环节教学内容教师活动学生活动教学方法与手段任务导入（5min）引入恒压供水工程案例：水泵压力随用水量变化，需PID调节转速维持压力恒定1.提问：“如何自动调节水泵转速维持水压？”

2.展示恒压供水系统示意图，明确本课任务

3.强调安全注意事项1.思考并回答

2.明确学习目标案例教学法新知讲解（15min）1.PID控制原理：比例（P）、积分（I）、微分（D）的作用及特点

2.G120CPID工艺控制器结构（图2-52）

3.主要参数：p2200（使能）、p2253（设定值通道）、p2264（反馈值通道）、p2280（比例增益）、p2285（积分时间）、p2274（微分时间）

4.设定值与反馈值的来源（模拟量、电动电位器、固定值、总线）及连接模式1.用“水箱水位”比喻讲解：P决定响应速度，I消除静差，D预测变化

2.对照图2-54讲解PID控制器数据流

3.列出表2-25关键参数，解释功能

4.强调模拟量反馈接线：传感器0-10V接AI0，DIP开关拨至U1.聆听讲解，记录P/I/D作用

2.识读PID控制原理图

3.标记重要参数及功能

4.思考反馈信号类型讲授法+比喻教学电气接线与参数设计（15min）1.绘制PID恒压供水电气原理图（变频器AI0接电位器模拟压力反馈）

2.完成接线（AI0+接电位器中心抽头，AI0-接0V）

3.设计PID参数表（表2-25相关参数）1.发放电气图绘制要求

2.演示AI0端子接线及DIP开关设置

3.分发PID参数设计表，指导填写（p2200=1，p2253=755.0，p2264=755.0，p2280初始=1.0，p2285=30.0，p2274=0.0，p1082最大频率）

4.巡视指导1.小组合作绘制电气原理图

2.完成AI0接线（电位器模拟压力）

3.设计PID参数，填写表格

4.互检接线和参数任务驱动法+小组协作PID调试实训（20min）1.通过Startdrive软件设置PID参数（图2-53）

2.使能PID（p2200=1），设置p2251=0（主设定值）

3.给定设定值（例如5V对应50%压力），调节电位器改变反馈值，观察变频器输出频率变化

4.分别调整P、I参数，观察系统响应（超调、静差、稳定时间）1.演示Startdrive中PID参数设置界面（图2-53）

2.指导学生使能PID，设置模拟量输入为反馈

3.引导学生改变电位器（模拟压力波动），观察频率自动调节过程

4.指导分组进行P、I参数“试凑”：增大p2280观察响应变快但可能振荡；增大p2285观察消除静差但响应变慢

5.点评各组调试效果1.打开Startdrive，设置PID参数

2.使能PID，给定设定值

3.调节电位器，观察变频器频率自动变化

4.分组尝试修改p2280、p2285，记录频率变化趋势

5.总结参数对系统的影响实训操作法+探究学习评价总结（5min）1.小组展示PID调试效果

2.教师点评与总结

3.完成自评、互评（表2-27、2-42）1.听取小组汇报，简要点评

2.总结PID核心参数及整定原则

3.强调安全规范与5S管理

4.发布课后拓展任务1.小组代表演示电位器改变时频率的自动调节

2.填写评价表

3.整理工位，5S清扫展示评价法+归纳总结课后拓展（课后）1.完善实训报告

2.思考：如何用PLC或HMI设定PID目标值？

3.预习下一项目：通信控制变频器1.智慧树在线课平台发布实训报告模板

2.推送PID参数整定资料

3.发布预习任务单1.提交实训报告

2.查阅资料，预习线上平台+任务驱动四、课后反思教学实效1.

知识理解加深：通过比喻和实例，学生能够理解P/I/D的基本作用，掌握PID工艺控制器的关键参数。

2.

技能初步掌握：大部分学生能完成PID接线，设置参数，并通过压力反馈观察频率自动调节。

3.

探究兴趣浓厚：参数整定环节学生积极参与，对比不同P、I值对系统响应的影响。

4.

团队协作有效：小组合作完成接线、调试和参数整定，互帮互助。不足与改进不足1：部分学生对积分消除静差的理解仍不够直观，混淆比例和积分的作用。

措施：