变频器的PID控制运行操作.doc

无锡市技工院校
教 案 首 页
授课日期
12.17
12.18

班 组
自动化71001
自动化51001

课题： 变频器的PID控制运行操作
教学目的要求： 1. 理解PID控制的原理
2.掌握变频器PID操作的参数设定方法
3. 了解变频器PID控制的接线方法
教学重点、难点 ：
重点：1.PID控制的原理
2.变频器PID操作的参数设定方法
难点：参数Pr.128的功能
授课方法： 讲授、分析、图示
教学参考及教具（含多媒体教学设备）：
《变频器原理及应用》 机械工业出版社 王延才主编

授课执行情况及分析：
在授课中以恒压供水系统为例介绍了PID控制的原理，这部分内容较为抽象且涉及到的知识比较多，学生理解有一定难度。在授课中，着重培养学生对PID操作的应用能力、解决实际问题的能力。

板书设计或授课提纲
变频器的PID控制运行操作
一、PID控制（比例微积分控制）
1.PID闭环控制
将被控量的检测信号（即由传感器测得的实际值）反馈到变频器，并与被控量的目标信号相比较，以判断是否已经达到预定的控制目标。如尚未达到，则根据两者的差值进行调整，直至达到预定的控制目标为止。
2.PID控制功能
（1）比较与判断功能
（2）P（比例）功能：P功能就是将的值按比例进行放大（放大P倍）。
（3）I（积分）功能：对偏差信号取积分后再输出，其作用是延长加速和减速的时间。
（4）D（微分）功能：对偏差信号取微分后再输出。
3.反馈信号的接法
（1）给定输入法
（2）独立输入法
二、PID控制功能预置
1.目标值的预置
（1）面板输入式（2）外接给定式
2.PID控制功能参数
（1）端子功能参数
①Pr.183：RT端子功能的选择
②Pr.192：IPF端子功能的选择。当Pr.192=16时，从IPF端子输出正反转信号。
③Pr.193：OL端子功能选择。当Pr.192=14时，从OL端子输出下限信号。
④Pr.194：FU端子功能选择。当Pr.194=15时，从FU端子输出上限信号。
（2）运行参数
①Pr.128，PID动作的选择。此参数为设定PID正反作用动作的选择。
②Pr.129：PID的比例范围常数设定，设定范围：0.1%～1000%。设定为9999时无比例控制。
③Pr.130：PID的积分时间常数设定，设定范围：0.1～3600s。设定为9999时无积分控制。
④Pr.134：PID的微分时间常数设定，设定范围：0.01～10s。设定为9999时无微分控制。
⑤Pr.131、Pr.132：上、下限值设定参数，设定范围0~100%，设定值为9999时功能无效。

教 学 内 容
备 注
复习： 1.变频器的程序运行操作。
2.程序运行相关参数。
新课引入： 企业在生产中，往往需要有稳定的压力、温度、流量、液位或转速，以此作为保证产品质量、提高生产效率、满足工艺要求的前提，这就要用到变频器的PID控制功能。PID控制功能是变频器应用技术的重要领域之一，也是变频器发挥其卓越效能的重要技术手段。
讲授新课：
一、PID控制

PID控制就是比例微积分控制，是闭环控制中的一种常见形式，反馈信号取自拖动系统的输出端，当输出量偏离所要求的给定值，反馈信号成比例的变化。在输入端，给定信号与反馈信号相比较，存在一个偏差值。对该偏差值，经过PID调节，变频器通过改变其输出频率，迅速、准确地消除拖动系统的偏差，回复到给定值，振荡和误差都比较小。
1.PID闭环控制原理
将被控量的检测信号（即由传感器测得的实际值）反馈到变频器，并与被控量的目标信号相比较，以判断是否已经达到预定的控制目标。如尚未达到，则根据两者的差值进行调整，直至达到预定的控制目标为止。
2.PID控制功能
（1）比较与判断功能
首先为PID给定一个电信号（目标信号），该给定信号对应着系统的给定压力，当压力传感器将供水系统的实际压力转变成电信号，送回PID的输入端，PID首先将它与目标信号相比较，得到的偏差信号为，即
：给定值>供水压力，在这种情况下，水泵应升速。越大，水泵的升速幅度越大。
< 0：给定值<供水压力，在这种情况下，水泵应降速。越大，水泵的降速幅度越大。
如果的值很小，则反应就可能不够灵敏。另外，不管控制系统的动态响应多么好也不可能消除静差。这里的静差是指不可能完全降到0，而始终有一个很小的静差存在，从而使控制系统出现了误差。
为了增大控制的灵敏度，引入了P功能。
（2）P（比例）功能：P功能就是将的值按比例进行放大（放大P倍），这样尽管的值很小，但是经过放大后再来调整水泵的转速也会比较准确、迅速。放大后，的值大大增加，静差s在中占的比例也相对减少，从而使控制的灵敏度增大，误差减小。
（3）I（积分）功能：
P越大，调节灵敏度越高，但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。I功能就是对偏差信号取积分后再输出，其作用是延长加速和减速的时间，以缓解因P功能设置过大而引起的超调。P功能与I功能相结合，就是PI功能。
（4）D（微分）功能：
D功能就是对偏差信号取微分后再输出。
3.反馈信号的接法
（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（目标信号）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。
二、PID控制功能预置
1.目标值的预置
PID控制的根本依据是反馈量与目标值之间进行比较的结果。因此，准确地预置目标值是十分重要的。主要由以下两种方法：
（1）面板输入式：由于目标值通常是一个百分数，所以可由键盘直接给定。
（2）外接给定式：由外接电位器进行预置，调整较方便。
2.PID控制功能参数
三菱FR-A540变频器是通过相关端子功能参数来完成PID控制选择的。
（1）端子功能参数
①Pr.183：RT端子功能的选择
先将其开关量输入端口中的一个端口设置为PID控制选择功能（信号X14），然后，在该端口外接开关，当X14=ON时，执行PID控制运行，而当X14=OFF时，为通常的变频器运行。对于FR-A540系列变频器，可选择RT端子（对应参数Pr.183）为PID控制功能选择端，即设置Pr.183=14。然后，在RT端子外接开关，当RT=ON时为执行PID控制，而当RT=OFF时，为通常的变频器运行。
②Pr.192：IPF端子功能的选择。当Pr.192=16时，从IPF端子输出正反转信号。
③Pr.193：OL端子功能选择。当Pr.192=14时，从OL端子输出下限信号。
④Pr.194：FU端子功能选择。当Pr.194=15时，从FU端子输出上限信号。
（2）运行参数
①Pr.128，PID动作的选择。此参数为设定PID正反作用动作的选择。
参数号
设定值
名称
说明
Pr.128
10
选择PID控制
对于加热、压力等控制
偏差量信号输入端子“1”
PID负反馈
11
对于冷却等控制
PID正反馈
20
对于加热、压力等控制
测量量信号输入端子“4”
PID负反馈
21
对于冷却等控制
PID正反馈
②Pr.129：PID的比例范围常数设定，设定范围：0.1%～1000%。设定为9999时无比例控制。
③Pr.130：PID的积分时间常数设定，设定范围：0.1～3600s。设定为9999时无积分控制。
④Pr.134：PID的微分时间常数设定，设定范围：0.01～10s。设定为9999时无微分控制。
⑤Pr.131、Pr.132：上、下限值设定参数，设定范围0~100%，设定值为9999时功能无效。其中上限值是测定反馈量的最大输入值，下限值是测定反馈量的最小输入值，是自动控制中不可缺少的保护检测值。
课堂小结：
1.PID闭环控制的原理
2.PID控制功能
3.PID控制相关参数的设置
布置作业： 课本P57 巩固练习1、2

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