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上海朝堂电气技术有限公司
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比较简单的实现PID闭环控制的方法
PID控制的难点在于整定控制器的参数。为了学习整定PID控制器参数的方法，必须做闭环实验，开环运行PID程序没有任何意义。用硬件组成一个闭环需要PLC的CPU模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，此外还需要被控对象、检测元件、变送器和执行机构。例如可以用热水壶作为被控对象，用热阻检测温度，用温度变送器将温度转换为标准压，用移相控制的交流固态调压器作执行机构。
有没有比较简单的实现PID闭环控制的方法呢？
在控制理论中，用递函数来描述被控对象、检测元件、执行机构和PID控制器。
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被控对象一般是串联的惯性环节和积分环节的组合。在实验室可以用以运算放大器为核心的模拟路来模拟广义的被控对象（包括检测元件和执行机构）的递函数。我曾将这种运放路用于S7-200和S7-1200的PID参数自动调节实验。
用运算放大器模拟被控对象一般需要做印刷路板，还是比较麻烦。有没有更简单的方法呢？
除了用运算放大器来模拟被控对象的递函数，也可以用PLC的程序来模拟。为此我编写了用来模拟被控对象的S7-200的子程序，它也可以用于S7-200 SMART。使用模拟的被控对象的PID闭环示意图如下图所示，虚线右边是被控对象，DISV是系统的扰动输入值。虚线左边是PLC的PID控制程序。
被控对象的数学模型为3个串联的惯性环节，其增益为GAIN，3个惯性环节的时间常数分别为TIM1～TIM3。其递函数为
数学模型为3个串联的惯性环节
分母中的“s"为自动控制理论中拉普拉斯变换的拉普拉斯算子。将某一时间常数设为0，可以减少惯性环节的个数。图中被控对象的输入值INV是PID控制器的输出值。被控对象的输出值OUTV作为PID控制器的过程变量（反馈值）PV。
下图是模拟被控对象的子程序，实际上只用了两个惯性环节，其时间常数分别为5000ms和2000ms。用与PID的采样周期相同的定时中断时间间隔来调用这个子程序。
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