Siemens西门子代理商6ES7822-1AA08-0YA5

在调节PID控制器参数方面，大的挑战在于整定过程。想要学习如何整定PID控制器的参数，必须进行闭环实验，因为单纯地开环运行PID程序是没有任何意义的。

是否存在一种相对简单的方法来实现PID闭环控制呢？

在实现PID闭环实验的硬件方面，需要PLC的CPU模块、模拟量输入模块以及模拟量输出模块，还需要被控对象、检测元件、变送器和执行机构。例如，可以选用电热水壶作为被控对象，采用热电阻检测温度，利用温度变送器将温度转换为标准电压，并使用移相控制的交流固态调压器作为执行机构。

除了这种传统的硬件模拟方法之外，还有更简单的方式吗？

在控制领域，传递函数常被运用来描述被控对象、检测元件、执行机构和PID控制器之间的关系。

被控对象通常由串联的惯性环节和积分环节组成。在实验室中，可以利用以运算放大器为核心的模拟电路来模拟被控对象的传递函数，其中包括检测元件和执行机构。我曾将这种模拟电路应用于S7-200和S7-1200的PID参数自动调节实验中。

使用运算放大器模拟被控对象通常需要制作印刷电路板，这一过程相对复杂。是否有更为简单的方法呢？

除了使用运算放大器外，还可以通过PLC的程序来进行模拟。例如，可以利用S7-200的子程序来模拟被控对象，这一方法同样适用于S7-200SMART。下图展示了使用模拟被控对象的PID闭环示意图，其中虚线右侧代表被控对象，DISV则是系统的扰动输入值，而虚线左侧则是PLC的PID控制程序。

被控对象的数学模型可表示为三个串联的惯性环节，其传递函数可写为：

其中，( GAIN ) 代表增益，( TIM1 )、( TIM2 ) 和 ( TIM3 )分别代表三个惯性环节的时间常数。

在自动控制理论中，分母中的“s”代表拉普拉斯变换的算子。将某一时间常数设为零，可以减少惯性环节的数量。在图中，被控对象的输入值被标记为INV，表示为PID控制器的输出。被控对象的输出值OUTV则作为PID控制器的过程变量（反馈值）PV。

下面的图展示了模拟被控对象的子程序。实际上，仅使用了两个惯性环节，分别具有5000ms和2000ms的时间常数。这个子程序被调用的定时中断时间间隔与PID的采样周期相同。

在STEP7-Micro/WIN中，有一个PID调节控制面板，用于监视PID回路的运行情况。通过这个面板，可以进行PID参数的自整定或手动调节实验。PV（过程变量）标记显示了阶跃响应曲线。

当将上图中的积分时间从0.03分钟增加到0.12分钟时，下图显示的超调量明显减少。通过调整PID参数，观察被控量的阶跃响应曲线，可以直观地了解超调量和调节时间等特征的变化情况，从而快速学习和掌握PID参数的整定方法。