西门子增量式PID算法带积分分离

西门子增量式带积分分离PID控制器是一种改进的PID控制算法，它结合了增量式PID和积分分离的优点。这种控制器在处理某些特定类型的控制问题时特别有效，尤其是在需要快速响应且避免积分饱和的情况下。下面我将解释其作用、应用场合以及如何使用SCL（Structured Control Language）在FB（Function Block）中封装这样的PID控制器。



一、作用

增量式PID：增量式PID控制器计算的是输出的变化量，而不是绝对值。这使得控制器更加稳定，特别是在系统受到扰动时。增量式PID通过以下公式计算：



积分分离：积分分离是指在误差较大时关闭积分项，以防止积分饱和。当误差较小或接近零时，再启用积分项，以消除稳态误差。这样可以提高系统的响应速度，并减少超调。

二、应用场合

过程控制系统：在化工、制药、食品加工等行业的温度、压力、流量控制中，增量式带积分分离PID可以提供更好的控制性能。

机械系统：在伺服电机、液压系统等需要精确位置控制的应用中，这种PID控制器可以提高系统的响应速度和稳定性。

电力系统：在发电机调速、电压调节等电力系统控制中，可以有效减少超调和振荡。

机器人控制：在机器人关节控制、轨迹跟踪等应用中，可以提高控制精度和响应速度。

三、SCL FB块封装下面是一个使用SCL语言封装的增量式带积分分离PID控制器的示例。这个FB块可以用于西门子S7-1200/1500系列PLC。


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FunctionBlockName:  PID-FB块* Version:            1.0.0* Author:             王同学玩工控* UpdateTime:         2024-11-30* Comment:
简单说明：

积分分离：

1、当误差大于阈值的时候关闭积分项此时只有PD在作用 系统快速动作
2、当误差小于或等于阈值的时候打开积分项开始累计误差 系统缓慢调整
死区控制：当死区设置为 1 时 目标值为 36 系统在35-36之间进入死区停止PID的运算  且输出值不变当系统大于36或小于35的时候系统开始进行PID运算
正动作逆动作：当外部输入引脚为 1 时 系统为正动作 为 0 时 系统为逆动作

Setpoint            目标设定值Feedback            实际反馈值Kp                  比例增益Ti                  积分时间msTd                  微分时间msMax_output          输出限幅最大值Min_output          输出限幅最小值Dead_Band           死区控制Control_Mode        正动作逆动作（0/1）Mode                输出模式选择（0/1）integral_separate   阀值PWM_output          pwm输出Analog_output       模拟量输出

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#error := #Setpoint -#Feedback;    //计算误差
IF #error > ( 0 - #Dead_Band )AND #error < #Dead_Band THEN        #data_relay[2] := 1;    #last_error := #error;     //上次误差更新    #prev_error := #last_error;    //上上次误差更新      ELSE    #data_relay[2] := 0;    END_IF;
IF #data_relay[2] = 0 THEN            IF ABS(#error) <= #integral_separate THEN                #data_relay[1] := 1;    END_IF;        IF ABS(#error) > #integral_separate THEN                #data_relay[1] := 0;    END_IF;
        #P_term := #Kp * (#error - #last_error);    //比例系数计算        #I_term := #data_relay[1] * (#Ki * #error); //积分系数计算        #D_term := #Kd * (#error - 2 * #last_error + #prev_error);   //微分系数计算        #delta_output := #P_term + #I_term + #D_term;  //增量式PID输出值        #rdata_realy[0] += #delta_output;    //最终输出值           
        #Max_data_relay := 100.0;  //限幅处理最大值    #Min_data_relay := 0.0;   //限幅处理最小值        IF #Control_Mode THEN// 正动作                IF #rdata_realy[0] > #Max_data_relay THEN                        #rdata_realy[0] := #Max_data_relay;                    END_IF;                IF #rdata_realy[0] < #Min_data_relay THEN                        #rdata_realy[0] := #Min_data_relay;                    END_IF;            ELSE  // 逆动作                #rdata_realy[0] := 0- #rdata_realy[0];  // 逆动作,反转输出范围        IF #rdata_realy[0] > #Max_data_relay THEN                        #rdata_realy[0] := #Max_data_relay;        END_IF;                IF #rdata_realy[0] < #Min_data_relay THEN                        #rdata_realy[0] := #Min_data_relay;                    END_IF;    END_IF;
        #Analog_output  := ( #rdata_realy[0]  -#Min_data_relay ) / ( #Max_data_relay - #Min_data_relay)  * (#Max_output-#Min_output)+#Min_output;    END_IF;