6ES7212-1AF40-0XB0西门子

SIMATIC S7-1200，CPU 1212 FC， 紧凑型 CPU，DC/DC/DC， 机载 I/O： 8 DI 24V DC；6 个 24V DC 数字输出； 2 AI 0-10V DC， 电源：直流 20.4-28.8V DC， 程序/数据存储器 100 KB

脉冲控制器

PID 控制

功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE 29

2.4 脉冲控制器 

无反馈两位控制器 

两位控制器将状态“ON”和“OFF”作为切换函数。 这与 100% 或 0% 输出相对应。 该特性

会使过程值 x 在设定值 w 周围持续振荡。

振幅和波动持续时间随受控系统的延迟时间 Tu 与恢复时间 Tg 之间的比例而增加。 这些

控制器主要用于简单的温度控制系统（例如直接用电加热的炉子），或用作限值报警设

备。

下图显示了两位控制器的特性

① ON

② OFF

Yh 控制范围

w 设定值

控制原理

2.4 脉冲控制器

PID 控制

30 功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE

下图显示了两位控制器的控制函数

① 不带控制器时的响应特性

② 带两位控制器时的响应特性

Tu 延迟时间

Tg 恢复时间

XSd 切换差异

控制原理

2.4 脉冲控制器

PID 控制

功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE 31

有反馈两位控制器 

在受控系统具有较长延迟时间的情况下（例如功能空间与加热空间分离的炉），可通过使

用电力反馈改善两位控制器的特性。

反馈用于增加控制器的开关频率，但这会减小过程值的振幅。 此外，在动态操作中可充

分改进控制作用结果。 切换频率限制由输出级别决定。 在机械起动器（例如继电器和触

点）上，每分钟不得超过 1 到 5 次切换。 如果是下游可控硅或三端双向可控硅控制器的

电压和电流输出，则可选择超过受控系统目前限制频率的高切换频率。

因为切换脉冲无法再通过受控系统的输出来确定，所以会得到与连续控制器结果类似的结

果。

通过对连续控制器的输出值进行脉宽调制来生成输出值。

反馈两位控制器可用于炉子的温度控制，用于塑料、纺织品、纸张、橡胶和食品中使用的

加工机，以及用于加热和冷却设备。

控制原理对设定值变化和干扰的响应 

对设定值变化的响应 

过程值应尽快随设定值而变化。可通过限度地减小过程值的波动以及达到新设定值所

需的时间来改进对设定值变化的响应。

x 过程值

w 设定值

控制原理

2.5 对设定值变化和干扰的响应

PID 控制

34 功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE

对干扰的响应 

设定值受干扰变量影响。控制器必须在尽可能最短的时间内消除所生成的控制偏差。可通

过限度地减小过程值的波动以及达到新设定值所需的时间来改进对干扰的响应。

x 过程值

w 设定值

① 影响干扰变量

干扰变量由具有积分作用的控制器进行校正。持久不变的干扰变量不会降低控制质量，因

为控制偏差相对较稳定。由于控制偏差波动，动态干扰变量会对控制质量产生较显著的影

响。只能通过缓动的积分作用来再次消除控制偏差。

可将可测量的干扰变量包含在受控系统中。这样会显著提高控制器的响应速度。

控制原理

2.6 不同反馈结构中的控制响应

PID 控制

功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE 35

2.6 不同反馈结构中的控制响应 

控制器的控制特性 

控制器能否准确适应受控系统的时间相应，对于控制器准确稳定在设定值以及对干扰量做

出最佳响应起着决定性的作用。

反馈电路可具有比例作用 (P)、比例微分作用 (PD)、比例积分作用 (PI) 或比例积分微分作

用 (PID)。

如果阶跃函数由控制偏差触发，则控制器的阶跃响应会因控制器类型而异。

控制原理

2.6 不同反馈结构中的控制响应

PID 控制

36 功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE

比例作用控制器的阶跃响应 ① 控制偏差

② 连续控制器的输出值

③ 脉冲控制器的输出值

比例作用控制器的等式

输出值和控制偏差成正比，即：

输出值 = 比例增益 × 控制偏差

y = GAIN × x

控制原理

2.6 不同反馈结构中的控制响应

PID 控制

功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE 37

PD 作用控制器的阶跃响应 ① 控制偏差

② 连续控制器的输出值

③ 脉冲控制器的输出值

TM_LAG 微分作用的延迟

控制原理

2.6 不同反馈结构中的控制响应

PID 控制

38 功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE

PD 作用控制器的等式

以下等式适用于在一定时间范围内 PD 作用控制器的阶跃响应：

t = 自控制偏差阶跃后的时间间隔

微分作用根据过程值的变化率生成输出值。 微分作用本身不适合进行控制，因为输出值

仅随过程值的阶跃而发生变化。 只要过程值保持恒定，输出值就不会再发生变化。

通过与比例作用相结合，可以改进对微分作用干扰的响应。 但无法完全校正干扰。 好的

动态响应是有好处的。 在逼近和设定值改变期间可实现获得有效衰减的非波动响应。

如果受控系统具有脉冲测量的量（例如，在压力或流量控制系统中），则具有微分作用的

控制器不适用。

控制原理

2.6 不同反馈结构中的控制响应

PID 控制

功能手册, 11/2019, A5E35300232-AE 39

PI 作用控制器的阶跃响应 ① 控制偏差

② 连续控制器的输出值

③ 脉冲控制器的输出值

控制器中的积分作用会随时间而使控制偏差增大。 这意味着控制器会一直对系统进行校