系统初始化 固定参数设置 开始 可变参数设置
Y A/D压力数据采集
N 显示采样值
控制继电器输出
有参数修改吗 PID计算 控制定时换泵 输出各种控制信号 延时
5.2PID调节子程序流程图
对变频器频率的调节该控制系统采用PID调节方法，PID控制算法就是对偏差的比例、积分、微分。它是连续系统中技术最成熟、应用最广泛的一种算法。特别是在工业中，由于控制对象的精确数学模型难以建立，系统参数又经常发生变化，人们常采用PID控制算法。PID调节是比较成熟的传统控制方法。据统计，工业控制的控制器中PID类控制器占有90%以上。它经过多年的应用和发展，从模拟
控制器发展到数字控制器，性能不断提高，积累的经验也越来越多。它的基本数字算法有位置式和增量式两种，PID基本控制系统原理如图所示。
比例
+ R(t) + e(t) 积分 + u(t) 比例 c(t)
-
+ 微分
PID控制器是一种线性控制器，他根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差e(t)=r(t)-c(t)将偏差的比例、积分、微分组合构成控制器，对被控对象进行控
1??????(??)
制，控制规律为为：u(t)=????[?? ?? +?? ????????+??????(??)] 0
1
式中：u(t)—调节器的输出信号；
E(t)—调节器的偏差信号，它等于测量值与给定值之差； ????—比例系数； ??1—积分时间常数； ????—微分时间常数；
PID的各校正环节的作用如下[26]。
(1) 比例环节：比例环节可以及时成比例的反映控制系统的偏差信号e(t)，当偏差值一旦产生，控制器就会立即产生控制作用，用以减少和纠正偏差，具有及时性和快速性。
(2) 积分环节：积分环节的主要作用是用来消除控制系统的静态误差，提高系统的整体无误差。积分作用的强弱主要取决于系统积分时间系数，当??1数值越大，则系统的积分作用就越弱；反之则系统的积分作用越强。
(3) 微分环节：微分环节能够及时反映系统偏差信号的变化趋势，并且能够在偏差信号变的过大之前，在控制系统中引入一个有效的早起修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节过程的时间，因而减少了系统的超调量，增加系统的稳定性。
对上式进行离散化，可得PID控制算式为 u(k)=?????? ?? +???? ????=0?? ?? +???? ?? ?? ??? ???1 式中k—采样时刻序号，k=0,1,2,??； u(k)—第K次采样时刻的计算机输出数值； e(k)—第K次采样时刻的输入偏差数值； e(k-1)—第（K-1）次采样时刻的输入偏差数值； ??1—积分系数； ????—微分系数；
那么第（k-1）次采样时刻的计算机输出值为
?1u(k-1)=?????? ???1 +??1 ????=0?? ?? +???? ?? ???1 ??? ???2
两式相减得：
△u(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2) （3） 式中 A=???? 1+??+
1
??
??????
B=???? 1+2 C=????
??????
??????
可以看出，A、B、C都是与比例系数????,采样周期T，积分时间常数????有关。在整个控制过程中，采样周期T是恒定的，只要确定比例系数、积分时间常数、微分时间常数，PID中的所有参数就都是可以算出计算机下次要输出的控制增量。
式（3）称为增量式PID控制算法。其中，△e(k)=e(k)-e(k-1)。 增量式PID控制算法具有以下的有点：
（1） 由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可以用逻辑判断
的方法去掉。
（2） 手动/自动交换时冲击小，便于无扰动交换。此外，当计算机发生故障
时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故能保持原值。
（3） 算式中不需要累加。控制增量的确定仅与最近三次的采样值有关，所
以较容易获得比较好的控制效果。PID算法流程图如下：
采样时刻到了吗？ N Y 开始 取给定值r(k)和测量值c(k) 计算偏差值 △u(k)=????[?? ?? ??? ???1 +??1?? ?? +???? ?? ?? ?2?? ???1 +??(???2 ] 输出△u(k) 为下一时刻采样做准备e(k-1)→e(k-2),e(k)→e(k-1) 5.3控制子程序流程图
该控制系统以1台变频器控制3台水泵。为延长水泵的使用寿命，水泵点击全部实行软启动，遵循先进先出原则，即先启动者先停的原则，系统的控制过程为：系统开始工作时，先由变频器启动1号泵运行，并且随着变频器输出频率的逐渐升高，水管内的压力值也一直在增加，直到水管内的压力值达到设定值，此时系统处于稳定的工作状态；当1号泵的工作频率达到50Hz，而压力仍达不到要求时，则将1号泵切换成工频运行，接着用变频器启动2
号泵，供水系统处于“1工1变”的运行状态；当变频器工作频率又达到50Hz上限频率而压力不足时，则将2号泵也切换成工频运行，再由变频器启动3号泵，使供水系统处于“2工1变”的运行状态。如变频器的工作频率已经降到下限频率（下限频率一般预置为30~35Hz），而压力仍偏高时，则切除1号泵，如变频器的工作频率又降到下限频率，而压力还是偏高时，则令2号泵也停机，此时只有变频器直接带动3号泵变频工作，使供水管网的压力保持恒定。控制子程序流程图如下图：
Y 压力达到设定值 1号电机换成2号电机 N PID算法自动调节1号电机频率 N 1号电机达到额定频率 1号电机变成3号电机 采压力值 开始 启动1号变频电机 1 、 2 号电机变为工频， Y 启动3号变频电机 Y N 1号电机变为工频，启动2号电机 2号电机达到额定频率 号电机频率 3 N 为0？ PID算法自动调节2号电机频率 Y 关 1 号电机 0 ？ 2 号电机频率为 N Y 3号电机频率 关1号电机 为0？ N