過程控制
自動控制方案設計原則包括：奧卡姆剃刀原理；細節(jié)決定成敗，規(guī)范贏得未來；控制方案要綜合考慮，有多變量協(xié)調(diào)優(yōu)化的思想；學以致用，實事求是和來源于實踐，高于實踐
工藝條件和控制要求決定控制方案設計。雖然操縱變量和被控變量不改變，但是當控制目標、優(yōu)先級不同時，上述的復雜控制方案需要相應修改。這里昌暉儀表和大家討論使用兩類控制策略設計的案例，方便大家借鑒
昌暉儀表以流量變頻優(yōu)化控制和換熱器處理量優(yōu)化控制為例，讓大家了解閥位控制應用的具體情況
大小閥閥位控制系統(tǒng)方案設計：小閥用來考慮控制系統(tǒng)的快速性和有效性，而大閥用來保證小閥始終可調(diào)節(jié)。閥位控制系統(tǒng)保證了小閥的可調(diào)范圍，提供了小閥的靈敏度。當僅使用大閥進行控制時，控制性能無法滿足高要求，當僅使用小閥進行控制時，小閥的調(diào)節(jié)范圍無法滿足大范圍流量控…
在什么情況下才需要超馳控制？超馳控制是進行PID約束控制以優(yōu)化過程操作并防止異常操作條件的主要方法之一，是否需要超馳控制，應按如下步驟進行判斷：超馳控制是針對多種不同工況的沖突而做出的一種解決方案；多種工況只有一種調(diào)節(jié)手段，也就是說：整體缺少一個控制自由度；多…
比值控制是一種簡單且常用的前饋應用，一般的前饋控制都是加法，而比值控制屬于乘法前饋控制。在比值控制中，動態(tài)可以忽略不計。比值控制一般實現(xiàn)兩個變量的絕對量比，而前饋-反饋聯(lián)合控制中的前饋往往實現(xiàn)的是兩個變量的增量比。這個區(qū)別可以作為反饋-比值控制方案和前饋-反饋…
由于前饋控制需要過程模型，所以前饋控制不像反饋控制那樣常用。反饋控制和前饋控制具有互補性質(zhì)。反饋控制可以減少慢速干擾的影響，前饋控制可以更快減少干擾的影響。反饋控制對過程模型的變化相對不敏感，前饋對過程模型的參數(shù)變化更為敏感。反饋可能引起不穩(wěn)定，而前饋不會…
前饋控制不考慮過程變量。它對已知過程干擾的感知或測量做出反應，使其成為補償和協(xié)調(diào)控制，以使干擾和控制的影響互相抵消.前饋控制嵌入反饋控制回路中，通過最小化主要過程干擾的影響來顯著改進控制性能，再通過反饋消除其他干擾造成的穩(wěn)態(tài)偏差。重要的是要記住，前饋控制主要…
遵守前饋控制設計準則可確保在適當時使用前饋控制。前饋控制和反饋控制是獨立的算法，雙重修正會導致過程變量超調(diào)，控制性能下降?？傊敂_動動態(tài)非?？烨掖嬖赑ID反饋控制時，不應當使用前饋控制。當然，如果不存在反饋，則無論擾動動態(tài)如何，都可以應用前饋控制
串級控制是一種利用額外測量值來提高控制性能的有效控制策略，串級控制PID參數(shù)整定只要注意主副回路合理地選擇期望閉環(huán)時間常數(shù)(λ)即可
串級控制特點：串級控制有幾個優(yōu)點，其中大多數(shù)可以歸結為將慢速控制回路與最終控制元件中的非線性隔離開。只有當副回路的動態(tài)比主回路的動態(tài)快時，串級控制才是有益的；當副回路沒有明顯快于主回路時，除了串級控制的好處減少之外，兩個回路之間還存在可能導致不穩(wěn)定的相互耦…
要實現(xiàn)串級控制，我們必須能夠識別副過程變量。液位作為主過程變量，控制液位仍然是我們控制策略的核心設計目標。副過程變量可以選擇排液流量。按串級控制設計準則：①排液流量已經(jīng)用傳感器測量；②控制液位的閥門(最終控制元件)也可以控制排液流量；③擾動影響液位控制，也會…
遵守串級控制設計準則可確保串級控制設計正確，并僅在適當?shù)那闆r下使用。前兩項涉及串級控制的選擇。當然，只有當單回路控制不能提供可接受的控制性能時，才有必要進行諸如串級控制之類的改進。單回路控制在被控對象動態(tài)速度快、純滯后時間小、干擾小且速度慢的情況下可以提供…
復雜控制也稱為多變量PID控制，是在單回路控制系統(tǒng)的基礎上，再增加計算環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)或者其他環(huán)節(jié)的基于PID算法的組合控制算法。包括：串級控制、前饋控制、比值控制、超馳控制、分程控制、閥位控制等。三沖量汽包液位控制、交叉限幅控制、支路溫度平衡控制等特定用途的組合…
雖然昌暉儀表已經(jīng)提供了常規(guī)控制回路的λ整定方法，但是在很多更具挑戰(zhàn)的情況下，根據(jù)不同控制目標仍需要選擇不同的λ。表1匯總了不同情況下建議的期望閉環(huán)時間常數(shù)λ
液位控制回路在工業(yè)過程中很常見。一般液位被控對象都是積分過程，針對具有積分特性的液位的PID控制器參數(shù)整定存在兩類常見錯誤，本文分享解決這些問題的具體方法
流量控制回路使用弱比例、強積分的PID參數(shù)，適用范圍更寬、控制器魯棒性更好，是一種綜合考慮了可能存在的大純滯后特性的合理選擇。為了控制這類快速對象，推薦的PID參數(shù)為0.25/20/0
一個控制回路的設定值階躍響應趨勢圖，也是在進行控制回路優(yōu)化時常用的設定值階躍響應趨勢圖。這類趨勢圖一般要包括設定值、過程變量、PID控制器輸出三根曲線，這個設定值階躍響應趨勢圖蘊含著很多信息
積分過程的過程變量在開環(huán)情況下僅在平衡點是穩(wěn)定的，積分對象過程變量的響應曲線總是有超調(diào)。如果是比例作用引起的同相位振蕩，僅僅簡單地加大積分時間、減弱積分作用往往不能完全消除振蕩；如果比例作用合適，太強的積分作用會造成PID控制器輸出和過程變量的異相位振蕩，如果…
比例增益和積分時間的變化對自衡對象設定值階躍響應曲線的影響：響應曲線為有超調(diào)無振蕩的最優(yōu)狀況。隨著比例增益和積分時間的變化，無論是翻倍還是減半，自衡對象設定值階躍響應過程的每一個曲線都顯著不同
根據(jù)經(jīng)驗，任何過程的動態(tài)特性都是不同的，就算它們可以生產(chǎn)相同的產(chǎn)品，使用相同的儀器，并在相同的時間生產(chǎn)，但是，就像雙胞胎一樣，它們不可避免地會發(fā)展出獨特的特點。每個化工過程的控制方案都有其獨特性。盡管如此，生產(chǎn)過程確實具有一些共同的特征，絕大部分的生產(chǎn)過程…
Lambda整定方法理論非常嚴密，可是由于使用了傳遞函數(shù)和頻域知識，很多非自控專業(yè)的工程師還是看不太懂。我們嘗試基于響應曲線得到Lambda整定公式，使用的Lambda整定方法的推導過程其實和《PID整定理論與實踐》里的方法看起來已經(jīng)大不相同，但是殊途同歸，得到了一樣的Lambda整…
積分對象的Lambda整定方法可以歸納為：微分不用、積分足夠、比例適當表4-1 自衡和積分對象的特性描述對比
類似鍋爐汽包水位的反向過程，在PID控制器輸出階躍變化時，過程變量會有反向響應，這類過程被稱為反向過程，也被稱為非最小相位過程。使用PID對此類對象進行控制時要同時抑制反向和超調(diào)，給出合理的PID參數(shù)是非常困難的?；陧憫€使用Lambda整定方法是解決這類問題的有效方…
對于小純滯后被控對象，選擇最強PID參數(shù)，設定值階躍變化時也不會振蕩。小純滯后對象不建議更大幅度地增大λ而是選擇比例先行PID或者限制設定值的變化速度。在閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，如何合理地選擇λ也是PID參數(shù)整定需要綜合考慮的地方，大時間常數(shù)對象也不需要使用微分
自衡對象響應曲線，指的是在自衡被控對象處于穩(wěn)態(tài)時對控制器輸出做階躍變化后的響應曲線。自衡對象特性計算需要知道4個參數(shù)△OP、△PV、τ和T。穩(wěn)態(tài)的△OP和△PV可以在響應曲線中很容易獲得。63.2%△PV對應的時間為τ+T的時間終點，τ+T的時間起點為控制器輸出開始階躍變化的時…
Lambda整定方法是減少過程振蕩的成功方法。Lambda整定以期望的閉環(huán)響應速度實現(xiàn)回路的非振蕩響應。通過選擇一個期望閉環(huán)時間常數(shù)來設置閉環(huán)響應速度。不同期望閉環(huán)時間常數(shù)計算得到的PID控制器參數(shù)。Lambda整定方法僅需要用戶指定一個閉環(huán)性能參數(shù)λ，簡化Kc和TI的計算過程，還…
在振蕩控制回路中，重點是要觀察過程變量和PID控制器輸出的峰谷時間的振蕩相位關系。如果PID控制器輸出處于峰谷時的時間點，過程變量也差不多同時處于峰或谷，則可能是比例作用太強引起的。將比例增益減半往往振蕩就會逐漸消失，如果比例增益減半后振蕩幅度反而變大，則說明有…
自衡對象的純比例整定公式可以保證設定值階躍響應有超調(diào)無振蕩。通過多次的設定值階躍響應可以得到和前面一樣的結論：純比例控制器總是有余差。為了消除余差，可以使用比例積分控制器。積分作用通過對偏差的累積消除余差，偏差累積的速度應該和被控對象的動態(tài)特性時間常數(shù)相匹…
根據(jù)自衡對象特性參數(shù)對PID參數(shù)影響的分析，我們可以直觀得到純比例控制器的一個整定公式。整定公式的比例增益和被控對象的時間常數(shù)成正比，和被控對象的增益、純滯后時間成反比
如果被控對象的τ/T=1不變，時間常數(shù)和純滯后時間從1s到12s設定值階躍響應的形狀都基本不變。所以不使用單獨的τ或者T反映被控對象控制的難易程度是科學的。一般當τ/T<1時被控對象屬于時間常數(shù)主導對象，該對象容易控制穩(wěn)定。當τ/T≥1時被控對象屬于純滯后主導對象，該對…
實際生產(chǎn)過程中始終都存在純滯后，所以一般說隨著比例作用的增強，設定值階躍響應會從無超調(diào)到有超調(diào)無振蕩，再到衰減振蕩甚至發(fā)散振蕩。純滯后時間是控制系統(tǒng)閉環(huán)振蕩的根源，大純滯后被控對象純比例控制器的比例增益要非常小，設定值階躍響應才能不振蕩。純比例控制器的最優(yōu)…
分析被控對象特性參數(shù)對PID參數(shù)的影響，有助于得到科學的PID參數(shù)整定方法。沒有一個真正的實際生產(chǎn)過程可以用一階純滯后模型精確地描述其動態(tài)行為，然而，當控制器輸出發(fā)生變化時， 一階純滯后模型可以合理地描述過程變量的響應方向、大小、速度和純滯后等主要動態(tài)特性，因此，…
PID調(diào)節(jié)器的控制目標直接理解就是PID調(diào)節(jié)器的設定值，控制目標決定整定方法。為何這樣說？雖然這個問題可能看起來很簡單但是非常關鍵：控制目標決定整定方法，這個問題的答案很容易想到的是將過程變量保持在其設定值，然而還有許多其他的事情要考慮
PID參數(shù)整定是指根據(jù)所用PID算法、過程開環(huán)動態(tài)和所需閉環(huán)性能確定PID參數(shù)的工作過程。高效地找到理想的比例增益、積分時間和微分時間就是我們所說的最優(yōu)PID參數(shù)整定，最優(yōu)性能的PID參數(shù)可能是一個區(qū)域
為方便大家深入了解PID算法，快速掌握PID參數(shù)整定方法，昌暉儀表在本文分享PID形式、兩自由度PID、不完全微分、積分飽和和變比例增益PID方面的專業(yè)知識，希望對你有所幫助
PID控制器是目前過程工業(yè)中應用最廣泛的一類控制器，因此，對PID控制器參數(shù)之間的相互作用和影響控制的基本理解非常重要。P、I、D三個字母分別代表比例(proportional)作用、積分(integral)作用和微分(derivative)作用三類控制單元，是這三個英文單詞的首字母
本文附上由萬斯在《PID：控制領域的常青樹》中記錄的PID控制器大事記
19世紀后半葉至20世紀初，反饋控制器已經(jīng)被大量應用。埃爾默斯佩里(1860-1930年)敏銳地注意到人進行控制調(diào)節(jié)時不是簡單地采用開關控制，而是綜合運用了預測、當過程變量接近設定值時撤出控制以及當存在持續(xù)偏差時進行小幅度調(diào)節(jié)、緩慢控制等方法。斯佩里1911年設計出了采用較為…
飛球式調(diào)速器被認為是控制發(fā)展史上的一個里程碑，飛球式調(diào)速器并不是瓦特發(fā)明的。關于應用離心力控制速度，科學家惠更斯(1629-1695年)和胡克(1635-1703年)都曾鉆研過并設計了利用離心力控制速度的裝置
PID控制器在所有使用控制的領域都能找到，是集散控制系統(tǒng)(DCS)的重要組成部分。許多專用控制系統(tǒng)中也嵌入了PID控制器。PID控制常常與邏輯控制、順序控制、選擇器和簡單的功能塊相結合，構成用于能源生產(chǎn)、輸送和制造的復雜自動化系統(tǒng)。許多復雜的控制策略，如多變量模型預測控…
優(yōu)閉環(huán)響應意味著閉環(huán)穩(wěn)定前提下的最強控制，閉環(huán)系統(tǒng)使用的PID參數(shù)是魯棒性和性能俱佳的最強參數(shù)，實際應用中控制作用可以減弱，不可以再增強了。閉環(huán)響應具有過程變量有超調(diào)無振蕩的特性則基本接近最優(yōu)
系統(tǒng)設定值階躍變化響應是回路控制性能評估的主要依據(jù)。系統(tǒng)過渡過程評估主要以超調(diào)量、衰減比、余差、上升時間、峰值時間、過渡時間和振蕩周期幾個品質(zhì)指標為依據(jù)來進行
進行控制系統(tǒng)的性能評估，應該包括系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性(系統(tǒng)過渡過程)兩方面的分析。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的分析主要是使用統(tǒng)計學的知識，計算各項參數(shù)的算術平均值、標準偏差、自相關系數(shù)等指標，綜合判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)動態(tài)特性分析主要針對系統(tǒng)面對擾動或需要過程變量變化時的各…
如果控制回路已經(jīng)閉環(huán)，可以根據(jù)設定值階躍變化時PID控制器輸出的變化確定被控對象是自衡對象還是積分對象。設定值階躍變化并穩(wěn)定后，如果PID控制器輸出和設定值階躍變化前有明顯變化就是自衡對象；如果PID控制器輸出和設定值階躍變化前變化不大就是積分對象
實際工業(yè)過程絕大部分都可以分為兩種類型：自衡過程和積分過程。不同類型過程需要不同的PID參數(shù)整定方法，其他更復雜的過程類型在實際生產(chǎn)過程中非常少見，本文沒有更多涉及
過程作用很重要，因為它將決定控制器的作用。正作用過程需要反作用PID控制器；相反，反作用過程需要正作用PID控制器。PID控制器必須是過程的鏡像。如果把正作用控制器放在正作用過程的控制回路中，整個閉環(huán)系統(tǒng)就形成了正反饋，一定會失控
過程階次是一個重要的概念，因為它描述了過程如何響應PID控制器輸出作用。幸運的是，我們不需要鉆研數(shù)學知識來獲得實際過程的階次，只需對過程進行階躍測試，過程階躍響應曲線會告訴我們所需要的信息
只要根據(jù)一定規(guī)則對過程變量產(chǎn)生影響就是控制。根據(jù)這個影響是否和過程變量本身有關，可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制
在控制系統(tǒng)等計算機高精度控制普及應用、控制理論發(fā)展完善、工藝過程日趨復雜的今天，源于1973年的傳統(tǒng)PID參數(shù)整定口訣已經(jīng)不能滿足PID工程整定的要求，為了方便大家理解PID參數(shù)整定的相關知識，我們嘗試重新整理了一個實用于計算機控制系統(tǒng)的新PID參數(shù)整定口訣分享給大家
