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用戶經常會遇到這樣的問題：嘗試了很多組PID參數，都無法滿足控制器的要求， 此時需要考慮PID的采樣時間是否適合當前系統。采樣時間就是對反饋進行采樣的間隔。短于采樣時間間隔的信號變化是不能測量到的。采樣時間過短，兩次實測值的變化量太小，也不合適，而且增加PLC的運算負擔；采樣間隔過長，將會引起有用信號的丟失，使系統品質變差，不能滿足擾動變化比較快、或者速度響應要求高的場合。除此以外，也有可能是系統自身的問題，無法調節到穩定，例如， 不規律的干擾，或者反饋信號不穩定。

4.3. 手動調節PID至穩定問題與解決方法：

1. PID輸出總是輸出很大的值，并在這一區間內調節變化。

產生原因：增益（Gain）值太高
PID掃描時間（sample time）太長（對于快速響應PID的回路）

解決方法：降低增益（Gain）值并且/或選擇短一些的掃描時間

2. 過程變量超過設定值很多（超調很大）

產生原因：積分時間（Integral time)可能太高。

解決方法：降低積分時間 3. 得到一個非常不穩定的PID。

• 如果用了微分，可能是微分參數有問題
• 沒有微分，可能是增益（Gain）值太高

解決方法：

• 調整微分參數到0－1的范圍內
• 根據回路調節特性將增益值降低，低可從0.x 開始逐漸增大往上調，直到獲得穩定的PID。

  啟動自整定先決條件：

  要進行自整定的回路必須處于自動模式

  在開始PID自整定調整前，整個PID控制回路必須工作在相對穩定的狀態（穩定的PID是指過程變量接近設定值，輸出不會不規則的變化，且回路的輸出值在控制范圍中心附近變化。）

  理想狀態下，自整定啟動時，回路輸出值應該在控制范圍中心附近。 自整定過程在回路的輸出中加入一些小的階躍變化，使得控制過程產生振蕩。 如果回路輸出接近其控制范圍的任一限值，自整定過程引入的階躍變化可能導致輸出值超出小或大范圍限值。 如果發生這種情況，可能會生成自整定錯誤條件，當然也會使推薦值并非化。

  為什么啟動自整定之前，需要PID控制回路工作在相對穩定狀態？

  啟動自整定后,回路計算自滯后序列時，不能執行正常的 PID 計算，此時回路輸出時一個定值，不會根據偏差變化。 因此，在啟動自整定序列之前，控制過程應處于穩定狀態。 這樣可以得到更好的滯后值結果，同時也可以保證自滯后序列期間控制過程不會失控。

  5.2. PID自整定參數介紹

  S7-200 中的 PID自整定參數是回路表40-80字節，見下圖：

  

  PID擴展回路表

  a. AT控制（ACNTL）： 啟動/中止自整定

  

  b.AT狀態（ASTAT）：自整定的輸出狀態字節，PID控制面板自整定時的相關狀態也是根據由該字節判斷。

  

  圖 5.2.3. PID自整定AT狀態字節

  c.AT結果（ARES）：PID自整定結果，需要注意，啟動PID自整定之前需要確保該字節0位為0，尤其是自己編程啟動自整定，可能需要手動設置為0。

  

  圖 5.2.4. PID自整定AT結果字節

  d.AT配置（ACNFG）： 自整定之前先對響應模式、偏差、滯后等做相關設置。

  

  圖 5.2.5. PID自整定AT配置字節

  e.偏移（DEV）~ h.看門狗時間（WDOG）： 參考PID自整定高級參數設置。

  i.推薦增益（AT_Kc）~ k.推薦微分時間（AT_Td：PID自整定完成后，整定所得推薦參數放置在該地址。

  l.實際輸出階躍幅度（ASTEP）：調節開始后，PID計算出的新的輸出階躍值。

  m.實際滯后（AHYS）： 重新計算得到的實際滯后值。

   5.3. 通過PID控制面板啟動自整定

  S7-200的PID自整定實現方式有兩種，一種是通過控制面板，另一種是自己編程。

  需要注意：

  通過控制面板實現PID自整定，PID必須是向導生成

  自己編程實現PID自整定，向導或者PID指令塊實現PID均可，具體步驟可以查看：如何編程啟動自整定

  下面介紹通過PID控制面板實現自整定：

  *步：在PID Wizard (向導）中完成PID功能配置，正確調用PID子程序 。

  第二步：打開PID調節控制面板，設置PID回路調節參數。

  在Micro/WIN V4.0在線的情況下，從主菜單Tools（工具） > PID Tune Control Panel（PID調節控制面板）進入PID調節控制面板中，如果面板沒有被激活（所有地方都是灰色），可點擊Configure（配置）按鈕運行CPU。

  在PID調節面板圖3.4.1的e.區選擇要調節的PID回路號，在d.區選擇Manual（手動），調節PID參數并點擊Update（更新），使新參數值起作用，監視其趨勢圖，根據調節狀況改變PID參數直至調節穩定。

  為了使PID自整定順利進行，應當做到：

• 使PID調節器基本穩定，輸出、反饋變化平緩，并且使反饋比較接近給定
• 設置合適的給定值，使PID調節器的輸出遠離趨勢圖的上、下坐標軸，以免PID自整定開始后輸出值的變化范圍受限制

• 第三步：在圖3.4.1的d.區點擊Advanced（高級）按鈕，設定PID自整定選項。如果不是很特殊的系統，也可以不加理會。

  

  在此允許你設定下列參數：

  1.你可以選中復選框，讓自整定來自動計算死區值和偏移值   對于一般的PID系統，建議使用自動選擇。

  2.Hysteresis（滯回死區）： 死區值規定了允許過程值偏離設定值的大（正負）范圍，過程反饋在這個范圍內的變化不會引起PID自整定調節器改變輸出，或者使PID自整定調節器“認為”這個范圍內的變化是由于自己改變輸出進行自整定調節而引起的。PID自整定開始后，只有過程反饋值超出了該區域，PID自整定調節器才會認為它對輸出的改變發生了效果。這個值用來減少過程變量的噪聲對自整定的干擾，從而更計算出過程系統的自然振動頻率。如果選用自動計算，則缺省值為2％。

  如果過程變量反饋干擾信號較強（噪聲大）自然變化范圍就大，可能需要人為設置一個較大的值。但這個值的改變要與下面的偏差值保持1:4的關系。

如何獲取一組合適的參數，實現快速并穩定的PID控制？

PID調節過程中，用戶通常需要做多次的參數調節才能獲得的控制效果。從下面反饋（過程變量）與給定之間的曲線圖中，可以看到黃色曲線較理想。用戶可以將調節的PID反饋與給定曲線與下圖中對比，并修改相關參數（但是因為現場情況不一樣，用戶還需具體問題具體對待，下圖中的建議僅供參考：

圖 4.3.4 反饋與給定曲線

1.超調過大，減小比例，增大積分時間

2.迅速變化，存在小超調

3.實際值緩慢接近設定值，并且無超調的達到設定值

4.增益系數太小和/或微分時間太長

5.益系數太小和/或積分時間太長

常見問題

沒有采用積分控制時，為何反饋達不到給定？

這是必然的。因為積分控制的作用在于消除純比例調節系統固有的“靜差”。沒有積分控制的比例控制系統中，沒有偏差就沒有輸出量，沒有輸出就不能維持反饋值與給定值相等。所以永遠不能做到沒有偏差。

對于某個具體的PID控制項目，是否可能事先得知比較合適的參數？有沒有相關的經驗數據？

雖然有理論上計算PID參數的方法，但由于閉環調節的影響因素很多而不能全部在數學地描述，計算出的數值往往沒有什么實際意義。因此，除了實際調試獲得參數外，沒有什么可用的經驗參數值存在。甚至對于兩套看似一樣的系統，都可能通過實際調試得到*不同的參數值。

PID控制不穩定怎么辦？如何調試PID？

閉環系統的調試，首先應當做開環測試。所謂開環，就是在PID調節器不投入工作的時候，觀察：

• 反饋通道的信號是否穩定
• 輸出通道是否動作正常

可以試著給出一些比較保守的PID參數，比如放大倍數（增益）不要太大，可以小于1，積分時間不要太短，以免引起振蕩。在這個基礎上，可以直接投入運行觀察反饋的波形變化。給出一個階躍給定，觀察系統的響應是的方法。

如果反饋達到給定值之后，歷經多次振蕩才能穩定或者根本不穩定，應該考慮是否增益過大、積分時間過短；如果反饋遲遲不能跟隨給定，上升速度很慢，應該考慮是否增益過小、積分時間過長……

總之，PID參數的調試是一個綜合的、互相影響的過程，實際調試過程中的多次嘗試是非常重要的步驟，也是必須的。

5.PID自整定

S7-200 中使用的自整定算法是基于 K.J.?str?m 和 T. H?gglund 在 1984 年提出的延時反饋算法。經過這二十年，繼電反饋算法已被應用于工業控制的各個領域?？梢允褂貌僮鲉T面板中的用戶程序或者 PID 整定控制面板來啟動自整定功能。在同一時間，不僅僅只有一個 PID 回路可以進行自整定，如果需要的話，所有 8 個 PID 回路可以同時進行自整定。PID自整定算法向您推薦增益值、積分時間值和微分時間值。您也可以為您的調節回路選擇快速響應、中速響應、慢速響應或者極慢速響應等調節類型。

5.1. PID自整定先決條件