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脈沖發(fā)生器FB 43的三級控制器仿真程序

    例程“PID_FB43”中的閉環(huán)控制系統(tǒng)由PID連續(xù)控制器FB 41、脈沖發(fā)生器FB 43、模擬電動調(diào)節(jié)閥的雙向積分器和模擬被控對象的FB 100組成（見圖10-34）。

    圖10-34    三級控制器閉環(huán)仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

    電動調(diào)節(jié)閥是典型的積分型執(zhí)行機構(gòu)，它的兩個開關(guān)量輸入脈沖信號用來控制電動閥的伺服電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，使調(diào)節(jié)閥的開度（即閥門閥芯的位置）增大或減小。

    (1) OB1與OB100

    與項目“PID控制”相同，OB1中的T8和T9組成振蕩電路（見圖10-18），產(chǎn)生方波給定信號。設(shè)定值SP_INT的幅度為20.0%和70.0%，周期為80s。具體的程序見隨書光盤中的項目“PID_FB43”。

    在OB100中調(diào)用FB 100、FB 41和FB 43，完成了下列操作：

    1)令各FB的啟動標(biāo)志COM_RST為TRUE，將它們的內(nèi)部參數(shù)復(fù)位為默認(rèn)值。

    2)設(shè)置FB 41和FB 100的采樣周期CYCLE和FB 43的PER_TM周期為500 ms。

    3)設(shè)置被控對象( FB 100)的增益和時間常數(shù)，被控對象的傳遞函數(shù)為3/[(3s+1)(s+1)]。

    4)設(shè)置PID控制器的參數(shù)GAIN、TI和TD的初始值?？刂破鬏敵鱿孪拗禐?/span>-100.0%，上限值為默認(rèn)的100.0%。

    5)設(shè)置FB 43的采樣時間CYCLE和小脈沖時間P_B_TM均為20 ms，比率系數(shù)RACIOFAC為1.0，STEP3_ON為TURE（三級控制器）。

    6)在退出OB100之前，將3個FB的啟動標(biāo)志位COM_RST復(fù)位。

    (2) OB35中的程序

    在硬件組態(tài)工具中設(shè)置OB35的循環(huán)執(zhí)行周期為20 ms。每20 ms調(diào)用一次OB35，將“中斷計數(shù)器”MW10加1，中斷次數(shù)小于25時跳轉(zhuǎn)到程序段5的標(biāo)號m001處，執(zhí)行一次FB 43和模擬電動調(diào)節(jié)閥的雙向積分器程序。

    經(jīng)過500 ms后，中斷次數(shù)等于25，不再跳轉(zhuǎn)，“中斷計數(shù)器”被清零。此時除了執(zhí)行FB 43，還要執(zhí)行程序段2～4中的FB 100和FB 41。調(diào)用FB 41的程序與項目“PID控制”的基本上相同，其區(qū)別在于控制器的輸出不是直接送給被控對象FB 100，而是送給FB 43的輸入變量INV。FB 43分別用Q1.0和Q1.1輸出開閥的正脈沖和關(guān)閥的負(fù)脈沖。程序段6用數(shù)字雙向積分器來模擬電動調(diào)節(jié)閥，積分器的輸出值為被控對象的輸入信號INV(見圖10-34)。如果Q1.0和Q1.1均為0，數(shù)字雙向積分器的輸出值不變。

    假設(shè)連續(xù)開閥時（FB 43的輸入INV恒為*），從全關(guān)到全開需要10 s，平均每20 ms閥門開度變化量為0.2%。因此在Q1.0為1時將積分器的輸出加0.2；在Q1.1為1時將積分器的輸出減0.2。下面是OB35的程序。

    程序段1：

    L    “中斷計數(shù)器”

    +    1

    T    “中斷計數(shù)器”    //中斷次數(shù)計數(shù)器MW10加1

    L    25

    >=I

    JCN  m001    //中斷次數(shù)小于25次(500 ms)時跳轉(zhuǎn)

    程序段2：調(diào)用被控對象仿真程序FB 100，每500 ms執(zhí)行一次程序段2~4

    L    0

    T    “中斷計數(shù)器”

    CALL  “過程對象”，”過程對象DI”    //調(diào)用FB 100

    INV    ：=    //程序段6令積分器的輸出值作為被控對象的

    //輸入值INV

    DISV    ：=    //擾動量，初始值為0.0

    GAIN    ：=    //比例系數(shù)，初始值為3.0

    TM_LAG1  ：=    //時間常數(shù)1，初始值為3s

    TM_LAG2  ：=    //時間常數(shù)2，初始值為1 s

    TM_LAG3  ：=    //時間常數(shù)3，初始值為0s

    COM_RST  ：=    //啟動標(biāo)志，在OB100被復(fù)位

    CYCLE    ：=    //采樣周期，初始值為T#500MS

    OUTV    ：=“PID_DI”．PV_IN    //被控對象輸出，作為PID控制器的反饋值

    程序段3：計算微分操作的延遲時間，TM_LAG= TD/5

    L    “PID_DI”．TD

    L    5. 000000e+ 000

    /R

    T    ”PID_DI”．TM_LAG

    程序段4：調(diào)用連續(xù)PID控制器FB 41，見例程“PID控制”

    CALL  ”CONT_C”,”PID_DI”

    程序段5：每20 ms中斷時調(diào)用一次FB 43

    m001：CALL  “PULSEGEN”，“脈沖_DI”    //調(diào)用FB 43

    INV    ：=“PID_DI”．LMN    //來自FB 41的PID浮點數(shù)輸出

    PER_TM    .=    //周期時間，默認(rèn)值為500 ms

    P_B_TM    .=    //小脈沖時間，初始值為20 ms

    RATIOFAC  ：=    //比率系數(shù)，初始值為1.0

    STEP3_ON  .=    //初始值為TRUE，三級控制器

    ST2BI_ON  .=    //默認(rèn)值為FALSE，不是二級控制器

    MAN_ON  ：=    //默認(rèn)值為FALSE，自動模式

    POS_P_ON  ：=    //手動模式的正脈沖輸入

    NEG_P_ON：=    //手動模式的負(fù)脈沖輸入

    SYN_ON    .=    //同步打開，默認(rèn)值為TRUE

    COM_RST  .=    //啟動標(biāo)志，在OB100被復(fù)位

    CYCLE    ：=    //采樣時間，初始值為20ms

    QPOS_P    ：=Q1.0    //開閥輸出信號

    QNEG_P    ：=Q1.1    //關(guān)閥輸出信號

    程序段6：用于模擬電動調(diào)節(jié)閥的雙向積分器

    A    Q    1.0

    JCN    002

    L    “對象DI”．INV    //Q1.0為1則被控對象的輸入INV加0.2%

    L    2. 000000e - 001

    +R

    T    “對象DI”.INV

    _002：A    Q    1.1

    JCN    003

    L    “對象DI”．INV    //Q1.1為1則被控對象的輸入INV減0.2%

    L  2. 000000e - 001

    -R

    T    “對象DI”．INV

    003：NOP  0

    圖10-35是經(jīng)過反復(fù)調(diào)試后得到的較好的響應(yīng)曲線，PID參數(shù)如下：比例系數(shù)為0.3，積分時間為20 s，微分時間為4s，FB 43的脈沖輸出周期為500ms。

    圖10-35    三級PID控制器響應(yīng)曲線

  正確設(shè)置小脈沖/小中斷時間P_B_TM，可以減少開關(guān)元件的動作次數(shù)，提高執(zhí)行機構(gòu)的使用壽命。

    如果輸入變量LMN的值很小，按式(10-4)計算出的脈沖寬度小于P_B_TM，將不輸出脈沖（見圖10-32中曲線的“連續(xù)關(guān)閉”部分），類似于FB 41的死區(qū)功能。

    脈沖寬度=INV×PER_TM/100    (10-4)

    如果LMN的值接近*，按式(10-4)計算出的脈沖寬度大于PER_TM與P_B_TM的差值，脈沖幾乎連成一片。此時的脈沖寬度等于脈沖周期PER_TM，即連續(xù)輸出脈沖（見圖10-32中曲線的“連續(xù)打開”部分）。

三級控制用兩個開關(guān)量輸出信號QPOS_P和QNEG_P產(chǎn)生兩路性質(zhì)相反的脈沖信號，將它們送給積分式執(zhí)行機構(gòu)，例如通過伺服電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)閥門的開度。

    表10-4給出了用三級控制來控制溫度的例子。

    表10-4    溫度控制輸出信號的狀態(tài)

    將單位為%的輸入變量INV與周期時間PER_TM相乘，可以計算出脈沖的寬度：

    脈沖寬度=INV×PER_TM/100    (10-4)

    圖10-32給出了比率系數(shù)RATIOFAC為1的三級控制器的對稱曲線，比率系數(shù)通常為1。

    CPU根據(jù)輸入變量INV的大小，通過特性曲線來計算脈沖寬度。由圖10-32可知，INV大于0時，通過開關(guān)量QPOS_P輸出正脈沖（見圖10-33）；小于0時，通過開關(guān)量QNEG_P輸出負(fù)脈沖，脈沖的寬度基本上與INV的值成正比。這里的正、負(fù)只是指兩種脈沖的物理意義相反，不是指脈沖電平的正負(fù)。

    圖10-33    三級控制器輸出的脈沖

    用三級控制器來控制電動調(diào)節(jié)閥的開度時，正脈沖使調(diào)節(jié)閥的伺服電動機正轉(zhuǎn)，閥的開度增大。負(fù)脈沖使調(diào)節(jié)閥的伺眼電動機反轉(zhuǎn)，閥的開度減小。脈沖的寬度與閥門開度的增量成正比。

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