液位控制回路在工業(yè)過(guò)程中很常見(jiàn)。一般液位被控對(duì)象都是積分過(guò)程，針對(duì)具有積分特性的液位的PID控制器參數(shù)整定存在兩類常見(jiàn)錯(cuò)誤：

1、液位純比例控制有余差
液位純比例控制存在余差。在積分過(guò)程中，有人認(rèn)為被控對(duì)象本身已經(jīng)有積分作用了，所以推薦純比例控制。實(shí)際上，即使是積分對(duì)象使用純比例也存在余差。

從前面的圖1可知，如果積分對(duì)象的擾動(dòng)來(lái)自輸入端或者擾動(dòng)對(duì)過(guò)程變量的模型也有積分特性，則純比例控制有余差。反應(yīng)器液位的余差會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物料停留時(shí)間的變化，應(yīng)該盡量避免。即使不是反應(yīng)器液位，如果控制系統(tǒng)始終達(dá)不到設(shè)定值，說(shuō)明控制系統(tǒng)沒(méi)有滿足控制要求，這種情況也應(yīng)該避免。所以即使存在超調(diào)甚至振蕩的風(fēng)險(xiǎn)，具有積分特性的被控對(duì)象也要使用比例積分控制。


圖1 基準(zhǔn)積分對(duì)象不同λ的設(shè)定值階躍響應(yīng)

2、液位PID控制回路等幅振蕩
一般液位被控對(duì)象都是積分過(guò)程，按自衡對(duì)象設(shè)置的PID參數(shù)很容易導(dǎo)致如圖2所示的等幅振蕩。


圖2 液位控制等幅振蕩

液位測(cè)量值圍繞設(shè)定值振蕩的同時(shí)，PID控制器輸出也大幅度振蕩，并傳導(dǎo)給下游裝置引起整個(gè)系統(tǒng)的振蕩，這是液位控制回路常見(jiàn)的另一類問(wèn)題。任何情況下等幅振蕩都說(shuō)明控制回路有問(wèn)題應(yīng)該盡量避免。

當(dāng)遇到這種情況時(shí)，可以按Lambda整定方法進(jìn)行模型測(cè)試和參數(shù)整定，也可以按下面的步驟解決：

①首先分析振蕩曲線的特性。當(dāng)振蕩曲線是不太平滑的方波或者鋸齒波時(shí)，振蕩的根源更可能在最終控制元件。建議手動(dòng)對(duì)最終控制元件進(jìn)行不同幅度不同方向的測(cè)試，以確認(rèn)其控制精度和非線性，如有問(wèn)題及時(shí)處理。

②振蕩曲線非常平滑時(shí)，可以將該控制回路控制模式設(shè)置為手動(dòng)并觀察液位的趨勢(shì)。如果振蕩沒(méi)有消失，則可能是其他相關(guān)控制回路的振蕩引起的，建議先從其他控制回路入手進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)存在周期性干擾時(shí)PID參數(shù)整定效果不明顯。

③當(dāng)振蕩曲線平滑而且手動(dòng)時(shí)振蕩消失，則一般是PID參數(shù)的問(wèn)題。液位控制回路由于PID參數(shù)引起的回路振蕩的原因包括：a、比例作用太強(qiáng)；b、比例增益和積分時(shí)間的乘積太小。如果過(guò)程變量和控制器輸出是同相位振蕩，則可以將比例增益減半并保持比例增益和積分時(shí)間的乘積不變，即積分時(shí)間同時(shí)翻倍。如果過(guò)程變量和PID控制器輸出是明確的異相位振蕩，則可以將比例增益翻倍并且設(shè)置積分時(shí)間等于振蕩周期。參數(shù)修改后等待2個(gè)以上的振蕩周期，如果還是振蕩，可以根據(jù)曲線形狀再做一次修改。