過程控制
PID參數整定研究既需要理論基礎，又需要工程的視角和經驗。這件事情其實非常復雜。以前沒有講清楚可能是因為有人清楚但是沒有講，也可能是講了但是工業界不了解，更可能是同時具備理論與實踐，并關注PID參數整定的人很少
從更廣泛意義上看，選擇積分時間等于時間常數后，比例增益應該和時間常數成正比，和增益、純滯后成反比。想獲得不同的閉環性能可以選擇不同的系數。這樣可能的整定公式可以描述如下。其實a=2超調、a=3臨界阻尼，a=3無超調、a=4過阻尼這些都是理論值的近似。而且當a≥2時，(a-1…
NAMUR是一個致力于推動工業自動化領域規范化、標準化和技術發展的行業組織，通過成員間的合作和知識共享，對工業自動化系統的設計、操作和維護提供支持和指導；OPAF開放過程自動化論壇已經成為一個重要的國際平臺，匯集了整個過程自動化行業的領軍企業和專家。通過促進開放標準…
知道PID的能力還是解決不了問題，要想發揮PID的能力還需要做點工作。PID參數整定與復雜控制是問題的兩個關鍵。把問題研究明白后就要把復雜的知識簡單化。把頻域分析、拉氏變換、零極點的難度降低到響應曲線畫圖的難度，找到普適的整定方法，將三參數的PID整定減少為兩參數的PI…
過程控制是實踐的藝術。從簡單的PID和單回路反饋控制開始，過程控制逐步發展成枝繁葉茂的科技大樹。很多枝和葉具有扎實的理論基礎，也有很多扎根于直覺的土壤。自控之樹也是一大套“菜譜”，看菜下料，廚隨客味。經驗很重要，經驗給人信心。新手對參數整定具有強烈的畏懼感，因…
世界的十種算法究竟有哪些？本文列出一份小小的清單，排名不分先后：合并排序，快速排序與堆排序；傅利葉變換與快速傅利葉變換；迪杰斯特拉算法；RSA 算法；安全哈希算法；整數分解；鏈接分析；比例微積分算法9、數據壓縮算法和隨機數生成算法
為什么消防的柴油泵房和UPS間不需要設置氣體檢測儀?昌暉儀表儀表依據相關規范分析其原因
ZN整定方法的臨界比例度方法，要求閉環使用純比例使閉環系統等幅振蕩。萬暉老師的結論：純比例引起的閉環系統振蕩，其振蕩周期和純滯后和時間常數的比值相關，一定在2倍純滯后和4倍純滯后之間。比值越大越靠近2倍純滯后，比值越小越靠近4倍純滯后，比值等于1靠近3倍純滯后。后…
理解Lambda整定方法推導的內容需要掌握拉普拉斯變換和傳遞函數等控制領域相關知識，這部分知識內容超過了本文的范疇，本文直接使用了這些知識。Lambda整定方法的推導使用了分析設計方法
1942年，在著名的論文“自動控制器的最佳設置”中，泰勒儀器公司銷售工程部的J. G. Ziegler和工程研究部的N. B. Nichols提出了兩個形成適當控制器參數的程序，開啟了現代PID工程整定之路。Ziegler比Nichols年長幾歲，兩位傳奇工程師1997年同一年離世。Nichols后來還在麻省理工…
在Lambda整定方法和期望閉環時間常數取值范圍確定后，現場整定過程的難點過渡到如何獲取被控對象的控制模型。在實際自衡對象中，大部分都不是標準的一階純滯后對象，很多人進行了模型辨識和降階的工作。后面展示的例子說明，這些以準確擬合為目標的降階方法得到的一階純滯后控…
ZN整定方法中蘊含的這個推論：比例有界，以前沒有被發現。如何設置積分作用實現閉環響應有超調無振蕩也沒有被提出
經典復雜控制來源于實踐，其實反映了工程師解決控制問題的思路，是解決問題方法的組合。復雜控制策略簡單易行，往往可以極大地擴展單回路反饋控制的能力，但僅限于低維系統。用這些方法來實現一個具有許多被控變量和操縱變量的變量協調優化是非常困難的。高維多變量協調優化問…
自動控制方案設計原則包括：奧卡姆剃刀原理；細節決定成敗，規范贏得未來；控制方案要綜合考慮，有多變量協調優化的思想；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化控制和換熱器處理量優化控制為例，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方案設計：小閥用來考慮控制系統的快速性和有效性，而大閥用來保證小閥始終可調節。閥位控制系統保證了小閥的可調范圍，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，小閥的調節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節手段，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，動態可以忽略不計。比值控制一般實現兩個變量的絕對量比，而前饋-反饋聯合控制中的前饋往往實現的是兩個變量的增量比。這個區別可以作為反饋-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。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變化更為敏感。反饋可能引起不穩定，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，使其成為補償和協調控制，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態偏差。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，控制性能下降。總之，當擾動動態非常快且存在PID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參數整定只要注意主副回路合理地選擇期望閉環時間常數(λ)即可
串級控制特點：串級控制有幾個優點，其中大多數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比主回路的動態快時，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定的相互耦…
要實現串級控制，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，并僅在適當的情況下使用。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的基礎上，再增加計算環節、控制環節或者其他環節的基于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…
雖然昌暉儀表已經提供了常規控制回路的λ整定方法，但是在很多更具挑戰的情況下，根據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時間常數λ
液位控制回路在工業過程中很常見。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，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情況下僅在平衡點是穩定的，積分對象過程變量的響應曲線總是有超調。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：響應曲線為有超調無振蕩的最優狀況。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
根據經驗，任何過程的動態特性都是不同的，就算它們可以生產相同的產品，使用相同的儀器，并在相同的時間生產，但是，就像雙胞胎一樣，它們不可避免地會發展出獨特的特點。每個化工過程的控制方案都有其獨特性。盡管如此，生產過程確實具有一些共同的特征，絕大部分的生產過程…
Lambda整定方法理論非常嚴密，可是由于使用了傳遞函數和頻域知識，很多非自控專業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，給出合理的PID參數是非常困難的。基于響應曲線使用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，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。在閉環系統穩定的前提下，如何合理地選擇λ也是PID參數整定需要綜合考慮的地方，大時間常數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態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△OP、△PV、τ和T。穩態的△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整定以期望的閉環響應速度實現回路的非振蕩響應。通過選擇一個期望閉環時間常數來設置閉環響應速度。不同期望閉環時間常數計算得到的PID控制器參數。Lambda整定方法僅需要用戶指定一個閉環性能參數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特性時間常數相匹…
根據自衡對象特性參數對PID參數影響的分析，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主導對象，該對象容易控制穩定。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到有超調無振蕩，再到衰減振蕩甚至發散振蕩。純滯后時間是控制系統閉環振蕩的根源，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…
分析被控對象特性參數對PID參數的影響，有助于得到科學的PID參數整定方法。沒有一個真正的實際生產過程可以用一階純滯后模型精確地描述其動態行為，然而，當控制器輸出發生變化時， 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特性，因此，…
PID調節器的控制目標直接理解就是PID調節器的設定值，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參數整定是指根據所用PID算法、過程開環動態和所需閉環性能確定PID參數的工作過程。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PID參數整定，最優性能的PID參數可能是一個區域
為方便大家深入了解PID算法，快速掌握PID參數整定方法，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方面的專業知識，希望對你有所幫助
PID控制器是目前過程工業中應用最廣泛的一類控制器，因此，對PID控制器參數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
