PID闭环控制功能是逆变器应用技术的重要领域之一也是逆变器发挥其卓越性能的重要技术手段。 变频产品的设计、运行、维护人员应该充分熟悉并掌握PID控制的基本理论，积累丰富的实践经验，为变频技术的普及应用做出贡献。
在企业生产和部分运行中的系统装置中，为了保证产品质量、提高生产效率、满足工艺要求，往往需要稳定的压力、温度、流量、液位或转速，需要变频器的PID控制功能。 PID控制是在闭环控制系统中，使所控制的物理量迅速且准确地无限接近控制目标的手段。
要实现闭环的PID控制功能，必须首先有效地预设PID功能。 具体方法有以下两种。 一种是用变频器的功能参数代码进行预置，例如，科博CVF-G2系列变频器如果将参数H-48设定为0，就没有PID功能。 如果设置为1，则变为常规的PID控制； 如果设定为2，则变为恒压供水PID。 二是由变频器的外置多功能端子的状态决定。 例如，如图3-1所示，zydz系列逆变器选择多功能输入端子S1~S10中的某一个，将功能代码H1-01~H1-10 (对应于端子S1~S10 )预设为19时，其端子受到PID控制大多数变频器兼具上述两种预置方式，但少数品牌的变频器只有其中一种方式。
在一些控制要求并不严格的系统中，有时只使用PI控制功能，不启动d功能也能满足需求，这种系统的调试过程比较简单。
PID的反馈逻辑
各变频器的反馈逻辑的称呼各不相同，有时也会因相似的称呼而含义相反。 系统设计时，请参考所选变频器的说明书。 反馈逻辑是指被控制物理量通过传感器检测出的反馈信号对变频器输出频率的控制极性。 例如在中央空调系统中，通过冷凝水温度控制来调节变频器的输出频率和泵电机的转速。 冬季供暖时，如果冷凝水温度低，反馈信号会变小，表示房间温度低。 要求提高变频器的输出频率和电机的转速，增大温水的流量。 夏天制冷时，冷凝水温度低，反馈信号减少，表示房间温度过低。 从节能的观点出发，可以降低变频器的输出频率和电机的转速，减少冷水的流量。 如上所述，虽然同样温度低、反馈信号变小，但反馈逻辑的功能选择与参照表1求逆变器的频率变化的方向相反。 这就是引入反馈逻辑的原因。
表1几种逆变器反馈逻辑的功能选择
目标信号和反馈信号
为了使变频器系统的某个物理量稳定在目标值，变频器的PID功能电路不断比较反馈信号和目标信号，并根据比较结果实时调整输出频率和电机转速。 因此，变频器的PID控制至少需要目标信号和反馈信号两种控制信号。 这里的目标信号是与某个物理量的预期稳定值对应的电信号，也称为目标值或预定值，并且将与该物理量由传感器测量的实际值对应的电信号称为反馈信号，也称为反馈量或当前值。 PID控制的功能示意图请参照图3-2。 图中有PID开关，可以通过变频器的功能参数设定来启用或禁用PID功能。 PID功能有效时，将开关向下对准，由PID电路决定运行频率。 PID功能无效时，将开关对准上方，通过频率设定信号决定运行频率。 PID开关、动作选择开关、反馈信号切换开关均由功能参数的设定决定动作状态。
被给定目标值
关于如何向变频器发送目标值(目标信号)的指令信息，各个变频器选择了不同的方法，但总结起来大致分为以下2种方案。 一种是如表2的zydz和富士P11S变频器那样，变频器的预置PID功能有效时，开环运行时的频率指定功能自动转移到目标值指定的自动转换法。 第二种是频道选择法，类似表2中的康沃尔斯CVF-G2、森兰SB12和普传PI7000系列变频器。
以上，对目标信号的输入通道进行了说明，然后决定目标值的大小。 目标信号和反馈信号通常不是相同的物理量，难以直接比较，因此许多逆变器的目标信号用传感器范围的百分比表示。 例如，某个罐的气压要求在1.2Mpa下稳定，如果压力传感器的范围为2MPa，则相对于1.2Mpa的百分率为60%，目标值为60%。 某变频器的参数列表中有与传感器范围的上下限值对应的参数。 例如，富士P11S变频器将参数E40 (显示系数a )设定为2，即压力传感器的范围上限2Mpa。 将参数E41 (显示系数b )设为0，即范围下限设为0； 目标值为1.2，即压力稳定值为1.2 Mpa。 目标值是预想稳定值
的绝对值。表2 几种变频器的目标值给定功能
反馈信号的连接
各种变频器都有若干个频率给定输入端，在这些输入端子中，如果已经确定一个为目标信号的输入通道，则其它输入端子均可作为反馈信号的输入端。可通过相应的功能参数码选择其中的一个使用。比较典型的几种变频器反馈信号通道选择见表3。
表3 几种变频器反馈信号通道
P、I、D参数的预置与调整
变频器的PID功能是利用目标信号和反馈信号的差值来调节输出频率的，一方面，我们希望目标信号和反馈信号无限接近，即差值很小，从而满足调节的精度；另一方面，我们又希望调节信号具有一定的幅度，以保证调节的灵敏度。解决这一矛盾的方法就是事先将差值信号进行放大。比例增益P就是用来设置差值信号的放大系数的。任何一种变频器的参数P都给出一个可设置的数值范围，一般在初次调试时，P可按中间偏大值预置，或者暂时默认出厂值，待设备运转时再按实际情况细调。
如上所述，比例增益P越大，调节灵敏度越高，但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。为此引入积分环节I，其效果是，使经过比例增益P放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大（或减小），从而减缓其变化速度，防止振荡。但积分时间I太长，又会当反馈信号急剧变化时，被控物理量难以迅速恢复。因此，I的取值与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，积分时间应短些；拖动系统的时间常数较大时，积分时间应长些。
微分时间D是根据差值信号变化的速率，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服因积分时间过长而使恢复滞后的缺陷。D的取值也与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，微分时间应短些；反之，拖动系统的时间常数较大时，微分时间应长些。
P、I、D参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间I，如仍有振荡，可适当减小比例增益P。被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益P，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间I，还可加大微分时间D。
应用实例
选用创世CSBG型变频器，并利用其PID功能对某市检察院办公楼中央空调的冷冻水循环系统进行自动控制。对于冷冻水循环系统的控制方式，有以下几种方案可供选择：一是恒温差控制，就是以回水温度和出水温度之差作为控制依据，利用温差控制器的PID功能，输出变频器的频率给定信号，这种方案无须启用变频器的PID功能。二是恒压差控制，即根据冷冻水泵的出水压力和进水压力之差进行控制。三是恒温度控制。如果冷冻主机的出水温度比较稳定，只要测量系统的回水温度，利用变频器的PID功能，即可实现与恒温差控制相同的控制效果。本实例选用的就是这种方案，应用于夏天制冷。
应用电路
应用电路见图3。图中的变频器为创世CSBG型、规格为30kW的产品，其参数设置见表3-4。设置时首先通过P126（见表4）使所有参数恢复出厂值，这样作的好处是，尽管该变频器的参数有一百多个，但有相当一部分在本实例中并无实际意义；而有用的参数又有一部分可以默认使用出厂值，这使得参数设置变得相对简单。参数P98的设置（见表3-4）使PID功能有效，反馈逻辑为正动作。创世变频器有专用的反馈信号输入通道，即PID/FB1和GND端子（见图3-3），由参数P99设定反馈信号为电压输入0～5V。目标信号由参数P03设定，由于参数P103和P104已设定了温度传感器的量程上限和下限，所以这里可设定回水期望的温度绝对值，具体数值，可比出水温度高5～10℃，根据空调房间的降温要求确定。冷冻水循环水泵在运行中不允许停机，所以对参数P16和P105进行了设置。变频器的其它有效应用参数在表4中没有列出，默认使用出厂值。
图3 中央空调系统的恒温控制
表4 实例中变频器参数的设置
测温仪为厦门恩莱公司的XST型自动化仪表，将仪表的温度测量范围设置为0～100℃，相应的输出信号为0～5V，即温度为100℃时输出5V电压信号，0℃时输出0V电压信号，这与参数P99设定的反馈信号选择相吻合。这个测温输出信号就是对变频器的反馈信号。
应用效果
变频器与空调系统安装完成后，通电进行试运行，按压变频器面板上的RUN键（表4中参数P00将运转指令选择为面板RUN/STOP键控制），电动机开始起动运转，之后对参数P100比例增益P、P101积分时间I、P21加速时间、P22减速时间等进行适当调整，投入正式运行，获得节约电能25%与房间温度稳定的良好效果。
END
（本文节选自《电气控制入门：变频器实战自学笔记》，机械工业出版社2019年10月出版）
