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在闭环自动控制系统中，我们总是希望控制目标尽可能地接近理想值。实现这一目标的方法就是对控制后的物理量进行取样，并将取样值与控制目标值进行比较，然后根据比较的结果再次对被控物理量进行调整。既然希望被控物理量的实际值与控制目标无限接近，那么我们取样得到的误差值就必然很小。这与期望的较高控制灵敏度要求相悖。为了提高控制与调节的灵敏度，PID控制技术将较小的误差信号按照一定的比例进行放大，从而实现提高控制与调节的灵敏度的目的。这就是PID控制功能中的比例控制功能P。

误差信号被放大后，变频器的输出频率能够快速得到调整，但由于传动系统和控制电路都有惯性，当系统调整后的实际值已经与目标值极其接近甚至相等时，上述调整不能立即停止，形成过调整，即调过了头，于是又反过来调整，再次在反方向上超调，形成振荡，当然这也不是我们所期望的。

PID系统中的积分控制功能I就是为了消除系统振荡而设置的。而微分控制D是根据偏差的变化率大小，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短调节时间。

PID调节属于闭环控制，是过程控制中应用得相当普遍的一种控制方式。PID控制是使控制系统的被控物理量能够迅速而准确地尽可能接近控制目标的一种手段。

一、如何使PID控制功能有效

要实现闭环的PID控制功能，首先应将PID功能预置为有效。具体方法有如下两种：一是通过变频器的功能参数码预置，例如艾默生TD3000变频器，其功能参数F7.00是“闭环控制功能选择”，将F7.00参数设为0时，则不选择PID闭环控制功能；设为1时为选择模拟闭环控制功能。二是由变频器的外接多功能端子的状态决定，例如富士G11S系列变频器，如图1所示，在多功能输入端子X1～X9中任选一个，将功能码E01～E09（与端子X1～X9相对应）预置为20，则该端子即具有决定PID控制是否有效的功能（功能码E01～E09可设置0～35共36种不同的功能，如果将端子X1经E01设置为20，则端子X1与公共端子CM“ON”时无效，“OFF”时有效）。应注意的是，大部分变频器兼有上述两种预置方式，但有少数品牌的变频器只有其中的一种方式。

二、目标信号与反馈信号

欲使变频系统中的某一个物理量稳定在预期的目标值上，变频器的PID功能电路将反馈信号与目标信号不断地进行比较，并根据比较结果来实时地调整输出频率和电动机的转速。所以，变频器的PID控制至少需要两种控制信号：目标信号和反馈信号。这里所说的目标信号是某物理量预期稳定值所对应的电信号，亦称目标值或给定值；而该物理量通过传感器测量到的实际值对应的电信号称为反馈信号，亦称反馈量或当前值。

三、目标信号的输入通道与数值大小

实现变频器的闭环控制，对于目标信号来说，有两个问题需要解决，一是选择将目标值（目标信号）传送给变频器的输入通道，二是确定目标值的大小。对于第一个问题，各种变频器大体上有如下两种方案。一是自动转换法，即变频器预置PID功能有效时，其开环运行时的频率给定功能自动转为目标值给定，如表1中的安川CIMR-G7A与富士G11S变频器。二是通道选择法，如表1中的博世力士乐CVF-G3与格立特VF-10系列变频器。

表1  变频器目标值输入通道举例

变频器型号

功能码

功能名称

设定值及相应含义

安川

CIMR-G7A

b5-01

b1-01

选择PID功

能是否有效

当通过b5-01选择PID功能有效时，b1-01的各项频率给定通道均转为目标值输入通道

富士

G11S

H20

选择PID功

能是否有效

当通过H20选择PID功能有效时，目标值即可按“F01频率设定1”选定的通道输入

博世力士乐

CVF-G3

H-49

PID设定通道

选择

0：面板电位器

1：面板数字设定

2：外部电压信号1（0～10V）

3：外部电压信号2（—10～10V）

4：外部电流信号

5：外部脉冲信号

6：RS485接口设定

格立特

VF-10

FC2

PID给定量

选择

0：键盘数字给定

1：键盘电位器

2：模拟端子VS1：0~10V给定

3：模拟端子VS2：0～5V给定

4：模拟端子IS：4～20mA给定

第二个问题是确定目标值的大小。由于目标信号和反馈信号有时不是同一种物理量，难以进行直接比较，所以，大多数变频器的目标信号都用传感器量程的百分数来表示。例如，某储气罐的空气压力要求稳定在5MPa，压力传感器的量程为10Mpa，则与5Mpa对应的百分数为50%，目标值就是50%。

四、PID的反馈逻辑

所谓反馈逻辑，是指被控物理量经传感器检测到的反馈信号对变频器输出频率的控制极性。例如中央空调系统在夏天制冷时，如果循环水回水温度偏低，经温度传感器得到的反馈信号减小，说明房间温度过低，从节约能源的角度考虑，可以降低变频器的输出频率和电机转速，减少冷水的流量。而冬天制热时，如果回水温度偏低，反馈信号减小，说明房间温度低，要求提高变频器输出频率和电机转速，加大热水的流量。由此可见，同样是温度偏低，反馈信号减小，但要求变频器的频率变化方向却是相反的。这就是引入反馈逻辑的缘由。变频器反馈逻辑的功能选择举例见表2。www.diangon.com

表2  变频器反馈逻辑功能选择举例

变频器型号

功能码

功能名称

设定值及相应含义

格立特

VF-10

FC1

PID运行选择

0：模拟闭环反作用

1：脉冲编码器的闭环控制

2：模拟闭环正作用

富士

G11S

H20

PID模式

0：不动作 1：正动作（正反馈）

2：反动作（负反馈）

博世力士乐

CVF—G3

H-51

反馈信号特性

0：正特性（正反馈）

1：逆特性（负反馈）

普传

PI7100

P00

PID

调节方式

1：负作用

2：正作用

五、反馈信号输入通道

通常变频器都有若干个反馈信号输入通道，表3介绍了几种变频器的反馈信号输入通道供参考。由表可见，海利普变频器只指定4～20mA的模拟量电流信号通道为唯一的反馈信号输入通道，是一个例外。

表3  几种变频器反馈信号通道

变频器型号

功能码

功能含义

数据码及含义

博世力士乐

CVF—G3

H-50

PID反馈

通道选择

0：外部电压信号1（0～10V）

1：电流输入

2：脉冲输入

3：外部电压信号2（–10～10V）

安川

CIMR-G7A

H3-05

模拟量输入端子A3功能选择

B：PID反馈信号输入通道

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H3-09

电流信号输入端子A2功能选择

富士

G11S

H21

反馈选择

0：控制端子12正动作（电压输入0～10V）

1：控制端子C1正动作（电流输入4～20mA）

2：控制端子12反动作（电压输入10～0V）

3：控制端子C1反动作（电流输入20～4mA）

海利普

HLP

反馈信号的唯一输入通道：指定为模拟量电流信号4～20mA

六、PID参数值的预置与调整

一般在调试刚开始时，P可按中间偏大值预置，或者暂时默认出厂值，待设备运转时再按实际情况细调。开始运行后如果被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间I，如仍有振荡，可适当减小比例增益P。被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益P，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间I，还可加大微分时间D。

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