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無錫市技工院校 教 案 首 頁 授課日期 12 17 12 18 班 組 自動(dòng)化71001 自動(dòng)化51001 課題 變頻器的 PID 控制運(yùn)行操作 教學(xué)目的要求 1 理解 PID 控制的原理 2 掌握變頻器 PID 操作的參數(shù)設(shè)定方法 3 了解變頻器 PID 控制的接線方法 教學(xué)重點(diǎn) 難點(diǎn) 重點(diǎn) 1 PID 控制的原理 2 變頻器 PID 操作的參數(shù)設(shè)定方法 難點(diǎn) 參數(shù) Pr 128 的功能 授課方法 講授 分析 圖示 教學(xué)參考及教具 含多媒體教學(xué)設(shè)備 變頻器原理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 王延才主編 授課執(zhí)行情況及分析 在授課中以恒壓供水系統(tǒng)為例介紹了 PID 控制的原理 這部分內(nèi)容較為抽象且涉及到 的知識(shí)比較多 學(xué)生理解有一定難度 在授課中 著重培養(yǎng)學(xué)生對(duì) PID 操作的應(yīng)用能 力 解決實(shí)際問題的能力 板書設(shè)計(jì)或授課提綱 變頻器的 PID 控制運(yùn)行操作 一 PID 控制 比例微積分控制 1 PID 閉環(huán)控制 將被控量的檢測(cè)信號(hào) 即由傳感器測(cè)得的實(shí)際值 反饋到變頻器 并與被控量的目標(biāo)信號(hào)相 比較 以判斷是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo) 如尚未達(dá)到 則根據(jù)兩者的差值進(jìn)行調(diào)整 直至達(dá) 到預(yù)定的控制目標(biāo)為止 2 PID 控制功能 1 比較與判斷功能 2 P 比例 功能 P 功能就是將 的值按比例進(jìn)行放大 放大 P 倍 x 3 I 積分 功能 對(duì)偏差信號(hào) 取積分后再輸出 其作用是延長(zhǎng)加速和減速的時(shí)間 4 D 微分 功能 對(duì)偏差信號(hào) 取微分后再輸出 3 反饋信號(hào)的接法 1 給定輸入法 2 獨(dú)立輸入法 二 PID 控制功能預(yù)置 1 目標(biāo)值的預(yù)置 1 面板輸入式 2 外接給定式 2 PID 控制功能參數(shù) 1 端子功能參數(shù) Pr 183 RT 端子功能的選擇 Pr 192 IPF 端子功能的選擇 當(dāng) Pr 192 16 時(shí) 從 IPF 端子輸出正反轉(zhuǎn)信號(hào) Pr 193 OL 端子功能選擇 當(dāng) Pr 192 14 時(shí) 從 OL 端子輸出下限信號(hào) Pr 194 FU 端子功能選擇 當(dāng) Pr 194 15 時(shí) 從 FU 端子輸出上限信號(hào) 2 運(yùn)行參數(shù) Pr 128 PID 動(dòng)作的選擇 此參數(shù)為設(shè)定 PID 正反作用動(dòng)作的選擇 Pr 129 PID 的比例范圍常數(shù)設(shè)定 設(shè)定范圍 0 1 1000 設(shè)定為 9999 時(shí)無比例控制 Pr 130 PID 的積分時(shí)間常數(shù)設(shè)定 設(shè)定范圍 0 1 3600s 設(shè)定為 9999 時(shí)無積分控制 Pr 134 PID 的微分時(shí)間常數(shù)設(shè)定 設(shè)定范圍 0 01 10s 設(shè)定為 9999 時(shí)無微分控制 Pr 131 Pr 132 上 下限值設(shè)定參數(shù) 設(shè)定范圍 0 100 設(shè)定值為 9999 時(shí)功能無效 教 學(xué) 內(nèi) 容 備 注 復(fù)習(xí) 1 變頻器的程序運(yùn)行操作 2 程序運(yùn)行相關(guān)參數(shù) 新課引入 企業(yè)在生產(chǎn)中 往往需要有穩(wěn)定的壓力 溫度 流量 液位或轉(zhuǎn)速 以此作為保 證產(chǎn)品質(zhì)量 提高生產(chǎn)效率 滿足工藝要求的前提 這就要用到變頻器的 PID 控制功能 PID 控制功能是變頻器應(yīng)用技術(shù)的重要領(lǐng)域之一 也是變頻器發(fā)揮其卓越效能的重要技術(shù)手 段 講授新課 一 PID 控制 變頻器 頻率指令 M 壓力傳感器 泵 給定 P I D txf PID 控制就是比例微積分控制 是閉環(huán)控制中的一種常見形式 反饋信號(hào)取自拖動(dòng)系統(tǒng) 的輸出端 當(dāng)輸出量偏離所要求的給定值 反饋信號(hào)成比例的變化 在輸入端 給定信號(hào)與 反饋信號(hào)相比較 存在一個(gè)偏差值 對(duì)該偏差值 經(jīng)過 PID 調(diào)節(jié) 變頻器通過改變其輸出頻 率 迅速 準(zhǔn)確地消除拖動(dòng)系統(tǒng)的偏差 回復(fù)到給定值 振蕩和誤差都比較小 1 PID 閉環(huán)控制原理 將被控量的檢測(cè)信號(hào) 即由傳感器測(cè)得的實(shí)際值 反饋到變頻器 并與被控量的目標(biāo)信 號(hào)相比較 以判斷是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo) 如尚未達(dá)到 則根據(jù)兩者的差值進(jìn)行調(diào)整 直至達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)為止 2 PID 控制功能 1 比較與判斷功能 首先為 PID 給定一個(gè)電信號(hào) 目標(biāo)信號(hào) 該給定信號(hào)對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)的給定壓力 當(dāng)tx Pp 壓力傳感器將供水系統(tǒng)的實(shí)際壓力 轉(zhuǎn)變成電信號(hào) 送回 PID 的輸入端 PID 首先將它Xpfx 與目標(biāo)信號(hào) 相比較 得到的偏差信號(hào)為 即tx ft 給定值 供水壓力 在這種情況下 水泵應(yīng)升速 越大 水泵的升速幅度越0 x 大 0 給定值 供水壓力 在這種情況下 水泵應(yīng)降速 越大 水泵的降速幅度越x 大 如果 的值很小 則反應(yīng)就可能不夠靈敏 另外 不管控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)多么好也 不可能消除靜差 這里的靜差是指 不可能完全降到 0 而始終有一個(gè)很小的靜差存在 從x 而使控制系統(tǒng)出現(xiàn)了誤差 為了增大控制的靈敏度 引入了 P 功能 2 P 比例 功能 P 功能就是將 的值按比例進(jìn)行放大 放大 P 倍 這樣盡管x 的值很小 但是經(jīng)過放大后再來調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速也會(huì)比較準(zhǔn)確 迅速 放大后 的值x x 大大增加 靜差 s 在 中占的比例也相對(duì)減少 從而使控制的靈敏度增大 誤差減小 x 3 I 積分 功能 P 越大 調(diào)節(jié)靈敏度越高 但由于傳動(dòng)系統(tǒng)和控制電路都有慣性 調(diào)節(jié)結(jié)果達(dá)到最佳值 時(shí)不能立即停止 導(dǎo)致 超調(diào) 然后反過來調(diào)整 再次超調(diào) 形成振蕩 I 功能就是對(duì)偏差 信號(hào) 取積分后再輸出 其作用是延長(zhǎng)加速和減速的時(shí)間 以緩解因 P 功能設(shè)置過大而引x 起的超調(diào) P 功能與 I 功能相結(jié)合 就是 PI 功能 4 D 微分 功能 D 功能就是對(duì)偏差信號(hào) 取微分后再輸出 x 3 反饋信號(hào)的接法 1 給定輸入法 變頻器在使用 PID 功能時(shí) 將傳感器測(cè)得的反饋信號(hào)直接接到給定 信號(hào) 目標(biāo)信號(hào) 端 其目標(biāo)信號(hào)由鍵盤給定 2 獨(dú)立輸入法 變頻器專門配置了獨(dú)立的反饋信號(hào)輸入端 有的變頻器還為傳感器配 置了電源 其目標(biāo)值可以由鍵盤給定 也可以由指定輸入端輸入 二 PID 控制功能預(yù)置 1 目標(biāo)值的預(yù)置 PID 控制的根本依據(jù)是反饋量與目標(biāo)值之間進(jìn)行比較的結(jié)果 因此 準(zhǔn)確地預(yù)置目標(biāo)值 是十分重要的 主要由以下兩種方法 1 面板輸入式 由于目標(biāo)值通常是一個(gè)百分?jǐn)?shù) 所以可由鍵盤直接給定 2 外接給定式 由外接電位器進(jìn)行預(yù)置 調(diào)整較方便 2 PID 控制功能參數(shù) 三菱 FR A540 變頻器是通過相關(guān)端子功能參數(shù)來完成 PID 控制選擇的 1 端子功能參數(shù) Pr 183 RT 端子功能的選擇 先將其開關(guān)量輸入端口中的一個(gè)端口設(shè)置為 PID 控制選擇功能 信號(hào) X14 然后 在該 端口外接開關(guān) 當(dāng) X14 ON 時(shí) 執(zhí)行 PID 控制運(yùn)行 而當(dāng) X14 OFF 時(shí) 為通常的變頻器運(yùn) 行 對(duì)于 FR A540 系列變頻器 可選擇 RT 端子 對(duì)應(yīng)參數(shù) Pr 183 為 PID 控制功能選擇端 即設(shè)置 Pr 183 14 然后 在 RT 端子外接開關(guān) 當(dāng) RT ON 時(shí)為執(zhí)行 PID 控制 而當(dāng) RT OFF 時(shí) 為通常的變頻器運(yùn)行 Pr 192 IPF 端子功能的選擇 當(dāng) Pr 192 16 時(shí) 從 IPF 端子輸出正反轉(zhuǎn)信號(hào) Pr 193 OL 端子功能選擇 當(dāng) Pr 192 14 時(shí) 從 OL 端子輸出下限信號(hào) Pr 194 FU 端子功能選擇 當(dāng) Pr 194 15 時(shí) 從 FU 端子輸出上限信號(hào) 2 運(yùn)行參數(shù) Pr 128 PID 動(dòng)作的選擇 此參數(shù)為設(shè)定 PID 正反作用動(dòng)作的選擇 參數(shù)號(hào) 設(shè)定值 名稱 說明 10 對(duì)于加熱 壓力等控制 PID 負(fù)反 饋 11 對(duì)于冷卻等控制 偏差量信號(hào)輸 入端子 1 PID 正反 饋 20 對(duì)于加熱 壓力等控制 PID 負(fù)反 饋 Pr 128 21 選擇 PID 控制 對(duì)于冷卻等控制 測(cè)量量信號(hào)輸 入端子 4 PID 正反 按百分 比來設(shè) 置 饋 Pr 129 PID 的比例范圍常數(shù)設(shè)定 設(shè)定范圍 0 1 1000 設(shè)定為 9999 時(shí)無比例 控制 Pr 130 PID 的積分時(shí)間常數(shù)設(shè)定 設(shè)定范圍 0 1 3600s 設(shè)定為 9999 時(shí)無積分控 制 Pr 134 PID 的微分時(shí)間常數(shù)設(shè)定 設(shè)定范圍 0 01 10s 設(shè)定為 9999 時(shí)無微分控制 Pr 131 Pr 132 上 下限值設(shè)定參數(shù) 設(shè)定范圍 0 100 設(shè)定值為 9999 時(shí)功能無效 其中上限值是測(cè)定反饋量的最大輸入值 下限值是測(cè)定反饋量的最小輸入值 是自動(dòng)控制中 不可缺少的保護(hù)檢測(cè)值 課堂小結(jié) 1 PID 閉環(huán)控制的原理 2 PID 控制功能 3 PID 控制相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 布置作業(yè) 課本 P57 鞏固練習(xí) 1 2