PID的功能介绍及其应用.doc

自由PID的功能介绍及其应用
通过我们中国同仁们不懈的努力，丹麦FC300开发组最终完成了FC300自由PID功能的开发。我们业已在实际机器上作过部分试验，其效果尚好。本文就自由PID功能作一介绍，同时就可能的应用场合作个人的一个看法。

一：自由pid的功能及结构介绍;
下面是自由PID的一个结构框图

此pid可分为如下几个部分;
1；给定及反馈信号处理;
PID 的给定信号沿用了以前做速度或力矩控制时的给定处理系统，即300-304，310.0-7--319。如果是内部预置信号可以是310.0-7，如果是外部模拟量或通信信号可以通过315-317来设定。
PID反馈信号则可以通过720或721来选择，仅可为模拟量信号，当然可以是0-10v或0/4-20mA.
上述的两个信号如果是外部模拟量信号，可以加滤波功能，参数号分别是7-56和7-57。
2: pid本体：
PID本体有差值信号处理，即可以把给定和反馈之差值信号置反。此功能可以通过参数7-30的设定来实现，也可以通过外部端子信号来实现。
PID运算功能与速度闭环PID相类似：有p值，I值，D值以及D值增益以及抗饱和功能。
另外PID还可由一个数字信号或参数来控制其是否有效或可设定其开始PID运算的条件，同样也可以用参数和数字信号来复位积分功能。
为了做到PID控制有较高的稳定性或平滑的控制，避免在给定量变化时PID输出大幅波动，采用了前馈控制功能。此功能可以通过设置前馈系数为零来关闭。
在PID输出侧可由两个参数来设置PID输出限幅，此功能可与PID运算功能配合使用，达成理想的控制效果。
在限幅功能之后是依给定量大小变化可调整PID控制量的功能，此功能可以在某些应用场合下很好地满足工况要求。
最后一个功能是PID输出调向，此功能只可通过设置参数7-49来完成。
上述是完整的PID模块结构。
此PID最终引入到速度环（闭环）或作为开环速度给定源来控制变频器，并无参数可选其输出目的地，因而只可用于速度控制方式，而不可用于力矩控制方式。
作为在速度控制方式下使用的PID，真正的速度给定信号来自于参数7-45里设定的给定源。此给定源现在只可是模拟量，而该模拟量之100%所对应的最大速度是参数4-13里设定的值，这是使用自由PID后与不用自由PID值最大的不同之处，同时PID的限幅值（以百分率来表示）也对应于这一值。

二：自由pid可能的应用领域：

1: 传统的表面卷绕控制：

上图是一个典型的表面卷绕的应用图例。此例中后面一台变频器作张力控制，通过张力传感器输出的模拟量作张力反馈信号来控制两个传动点之间的张力值。
此类应用非常之多。如：拉丝机，拉幅定型机入，出布，凹版印刷机入纸及出纸部，涂装机的每一个传动点之间，平网印花机每个传动点之间，等等…….

2：对张力要求不太高的中心卷绕控制

上图中A辊作中心卷绕放卷，中间是张力传感器，B辊作牵引辊。材料从A辊放出。在这个应用中驱动A辊变频器具有自由PID功能，由它来作张力控制。张力的反馈信号来自两个辊之间的张力传感器，张力给定值为预设值。此种中心卷绕之特点是没有线速度信号，线速度的大小全由B辊来决定。由于有PID控制，A辊的表现类似于一个弹簧，即当A辊牵拉材料时，即线速度变大时，其张力变大，PID输出一个偏差值力图使张力保持在给定值上下。当线速度变小，由于惯性 ，材料张力也会变小，此时A辊将缩小PID偏差输出，以保持张力。此种控制已经实践检验，确实可行。且在线速度变化不大或不变时，有相当好的张力控制精度。
此方法的优点是： 节省费用，控制简单简洁。
此方法的最大缺点是：当线速度变化时张力会有较大幅度的变化。虽然可以通过精调PID参数使其有很好的响应特性，同时调大PID输出带宽或将线速度升降速斜坡时间改大可使张力控制精度有所改善，但不能够从本质上消除这种波动。故只可应用于对张力控制要求不高的场合。

3：负荷分配：
负荷分配的 几种典型的应用：如下图

A图是所谓S型驱动，在金属板材输送中有较多的应用。B图是两辊通过皮带，毛毡等驱动同一负载，如纸机。C图使两个驱动电机驱动一个轴，如大型机械或大型起重设备。
利用自由PID来作负荷共享的配置如下：
对于上述三图中的A辊驱动变频器将不用自由PID功能，其驱动电机的方式仅是速度控制方式，最好是闭环控制。而B辊驱动电机的控制方式也采用速度控制方式，且闭环。和A辊不同的是B辊驱动变频器中引用自由PID功能，此自由PID的给定值是A辊驱动变频器的电机扭矩值，此值通过变频器模拟量输出口输出。而自由PID的反馈值是B电机的输出扭矩，最后自由PID的输出叠加在B辊驱动变频器的速度环给定端，用于调节B辊驱动电机的速度值。
下面来分析可能出现的情况，借以说明自由PID所起的作用。
下列分析的控制条件是：A B两辊电机驱动变频器的速度参考值相同，这可以有多种方法可资利用，此不赘述。
1：当A辊驱动电机输出扭矩大于B辊驱动电机输出扭矩：
此时B辊驱动变频器中之PID的给定值大于反馈值，PID将输出一个正的值叠加在速度给定值上，令B辊驱动电机加速，因负载扭矩是一定的，故B辊因其加速的趋势而承担更大的扭矩，直至B辊驱动电机输出扭矩与A辊驱动电机输出扭矩相平衡，PID输出接近零时，A，B两辊驱动电机输出的扭矩大致相等，达到负荷共享的目的。当然这是一个动态过程，在此过程中随着B辊电机输出扭矩的增大，A辊驱动电机的输出扭矩将减少，此有利于两辊驱动电机的输出扭矩达到平衡，缩短了调节过程，有利于负载共享控制。
2：A棍驱动电机的输出扭矩小于B辊驱动电机的输出扭矩：
此时B辊驱动变频器中的自由PID之给定值小于反馈值，PID输出将为负值，此值叠加与变频器给定参考值，将使电机有一个降速的趋势，此将使A辊地驱动电机输出扭矩上升，达到负载共享的目的。
3; 当A B辊在七驱动电机输出扭矩相当的情况下，负载扭矩突然增加或减少：
此时因电机特性差异可能会出现上述两种状况中的一种，其调节过程将同样不外乎上述两种调节过程的一种。
4：几个可能会影响驱动特性的几个因素：
因为A辊驱动电机的扭矩值是从模拟量口输出的，此模拟量是否可以快速反映电机的实时扭矩值，对负载平衡的调节过程由很大的影响。如果此值有较大的延迟，将不能反映A辊电机的实际扭矩值，可能会出现两台电机相互作用，根本不能达到负载平衡的目的，使整个系统的控制出现问题，严重时可能会使控制不能达到理想效果或导致失败。
同理，因目前PID的反馈值不能选变频器内部信号，故对于B辊来说，其驱动电机的扭矩值亦只能从B辊驱动变频器之模拟量输出口输出，再引入其模拟量输入口。因而可能会因上述同样的原因，出现问题。

无论如何，从总体上来讲，自由PID功能因其内置于变频器，使用方便，经济，有广泛的应用前景和良好的适应性，是一个非常好的功能。本文所举的一些应用的方向，只是抛砖引玉，相信在未来会有更多巧妙的应用方法和宽泛的应用场合，对扩展丹佛斯变频器行销市场起重要的作用。