过程控制
ZN整定方法的临界比例度方法，要求闭环使用纯比例使闭环系统等幅振荡。万晖老师的结论：纯比例引起的闭环系统振荡，其振荡周期和纯滞后和时间常数的比值相关，一定在2倍纯滞后和4倍纯滞后之间。比值越大越靠近2倍纯滞后，比值越小越靠近4倍纯滞后，比值等于1靠近3倍纯滞后。后…
理解Lambda整定方法推导的内容需要掌握拉普拉斯变换和传递函数等控制领域相关知识，这部分知识内容超过了本文的范畴，本文直接使用了这些知识。Lambda整定方法的推导使用了分析设计方法
1942年，在著名的论文“自动控制器的最佳设置”中，泰勒仪器公司销售工程部的J. G. Ziegler和工程研究部的N. B. Nichols提出了两个形成适当控制器参数的程序，开启了现代PID工程整定之路。Ziegler比Nichols年长几岁，两位传奇工程师1997年同一年离世。Nichols后来还在麻省理工…
在Lambda整定方法和期望闭环时间常数取值范围确定后，现场整定过程的难点过渡到如何获取被控对象的控制模型。在实际自衡对象中，大部分都不是标准的一阶纯滞后对象，很多人进行了模型辨识和降阶的工作。后面展示的例子说明，这些以准确拟合为目标的降阶方法得到的一阶纯滞后控…
ZN整定方法中蕴含的这个推论：比例有界，以前没有被发现。如何设置积分作用实现闭环响应有超调无振荡也没有被提出
经典复杂控制来源于实践，其实反映了工程师解决控制问题的思路，是解决问题方法的组合。复杂控制策略简单易行，往往可以极大地扩展单回路反馈控制的能力，但仅限于低维系统。用这些方法来实现一个具有许多被控变量和操纵变量的变量协调优化是非常困难的。高维多变量协调优化问…
自动控制方案设计原则包括：奥卡姆剃刀原理；细节决定成败，规范赢得未来；控制方案要综合考虑，有多变量协调优化的思想；学以致用，实事求是和来源于实践，高于实践
工艺条件和控制要求决定控制方案设计。虽然操纵变量和被控变量不改变，但是当控制目标、优先级不同时，上述的复杂控制方案需要相应修改。这里昌晖仪表和大家讨论使用两类控制策略设计的案例，方便大家借鉴
昌晖仪表以流量变频优化控制和换热器处理量优化控制为例，让大家了解阀位控制应用的具体情况
大小阀阀位控制系统方案设计：小阀用来考虑控制系统的快速性和有效性，而大阀用来保证小阀始终可调节。阀位控制系统保证了小阀的可调范围，提供了小阀的灵敏度。当仅使用大阀进行控制时，控制性能无法满足高要求，当仅使用小阀进行控制时，小阀的调节范围无法满足大范围流量控…
在什么情况下才需要超驰控制？超驰控制是进行PID约束控制以优化过程操作并防止异常操作条件的主要方法之一，是否需要超驰控制，应按如下步骤进行判断：超驰控制是针对多种不同工况的冲突而做出的一种解决方案；多种工况只有一种调节手段，也就是说：整体缺少一个控制自由度；多…
比值控制是一种简单且常用的前馈应用，一般的前馈控制都是加法，而比值控制属于乘法前馈控制。在比值控制中，动态可以忽略不计。比值控制一般实现两个变量的绝对量比，而前馈-反馈联合控制中的前馈往往实现的是两个变量的增量比。这个区别可以作为反馈-比值控制方案和前馈-反馈…
由于前馈控制需要过程模型，所以前馈控制不像反馈控制那样常用。反馈控制和前馈控制具有互补性质。反馈控制可以减少慢速干扰的影响，前馈控制可以更快减少干扰的影响。反馈控制对过程模型的变化相对不敏感，前馈对过程模型的参数变化更为敏感。反馈可能引起不稳定，而前馈不会…
前馈控制不考虑过程变量。它对已知过程干扰的感知或测量做出反应，使其成为补偿和协调控制，以使干扰和控制的影响互相抵消.前馈控制嵌入反馈控制回路中，通过最小化主要过程干扰的影响来显著改进控制性能，再通过反馈消除其他干扰造成的稳态偏差。重要的是要记住，前馈控制主要…
遵守前馈控制设计准则可确保在适当时使用前馈控制。前馈控制和反馈控制是独立的算法，双重修正会导致过程变量超调，控制性能下降。总之，当扰动动态非常快且存在PID反馈控制时，不应当使用前馈控制。当然，如果不存在反馈，则无论扰动动态如何，都可以应用前馈控制
串级控制是一种利用额外测量值来提高控制性能的有效控制策略，串级控制PID参数整定只要注意主副回路合理地选择期望闭环时间常数(λ)即可
串级控制特点：串级控制有几个优点，其中大多数可以归结为将慢速控制回路与最终控制元件中的非线性隔离开。只有当副回路的动态比主回路的动态快时，串级控制才是有益的；当副回路没有明显快于主回路时，除了串级控制的好处减少之外，两个回路之间还存在可能导致不稳定的相互耦…
要实现串级控制，我们必须能够识别副过程变量。液位作为主过程变量，控制液位仍然是我们控制策略的核心设计目标。副过程变量可以选择排液流量。按串级控制设计准则：①排液流量已经用传感器测量；②控制液位的阀门(最终控制元件)也可以控制排液流量；③扰动影响液位控制，也会…
遵守串级控制设计准则可确保串级控制设计正确，并仅在适当的情况下使用。前两项涉及串级控制的选择。当然，只有当单回路控制不能提供可接受的控制性能时，才有必要进行诸如串级控制之类的改进。单回路控制在被控对象动态速度快、纯滞后时间小、干扰小且速度慢的情况下可以提供…
复杂控制也称为多变量PID控制，是在单回路控制系统的基础上，再增加计算环节、控制环节或者其他环节的基于PID算法的组合控制算法。包括：串级控制、前馈控制、比值控制、超驰控制、分程控制、阀位控制等。三冲量汽包液位控制、交叉限幅控制、支路温度平衡控制等特定用途的组合…
虽然昌晖仪表已经提供了常规控制回路的λ整定方法，但是在很多更具挑战的情况下，根据不同控制目标仍需要选择不同的λ。表1汇总了不同情况下建议的期望闭环时间常数λ
液位控制回路在工业过程中很常见。一般液位被控对象都是积分过程，针对具有积分特性的液位的PID控制器参数整定存在两类常见错误，本文分享解决这些问题的具体方法
流量控制回路使用弱比例、强积分的PID参数，适用范围更宽、控制器鲁棒性更好，是一种综合考虑了可能存在的大纯滞后特性的合理选择。为了控制这类快速对象，推荐的PID参数为0.25/20/0
一个控制回路的设定值阶跃响应趋势图，也是在进行控制回路优化时常用的设定值阶跃响应趋势图。这类趋势图一般要包括设定值、过程变量、PID控制器输出三根曲线，这个设定值阶跃响应趋势图蕴含着很多信息
积分过程的过程变量在开环情况下仅在平衡点是稳定的，积分对象过程变量的响应曲线总是有超调。如果是比例作用引起的同相位振荡，仅仅简单地加大积分时间、减弱积分作用往往不能完全消除振荡；如果比例作用合适，太强的积分作用会造成PID控制器输出和过程变量的异相位振荡，如果…
比例增益和积分时间的变化对自衡对象设定值阶跃响应曲线的影响：响应曲线为有超调无振荡的最优状况。随着比例增益和积分时间的变化，无论是翻倍还是减半，自衡对象设定值阶跃响应过程的每一个曲线都显著不同
根据经验，任何过程的动态特性都是不同的，就算它们可以生产相同的产品，使用相同的仪器，并在相同的时间生产，但是，就像双胞胎一样，它们不可避免地会发展出独特的特点。每个化工过程的控制方案都有其独特性。尽管如此，生产过程确实具有一些共同的特征，绝大部分的生产过程…
Lambda整定方法理论非常严密，可是由于使用了传递函数和频域知识，很多非自控专业的工程师还是看不太懂。我们尝试基于响应曲线得到Lambda整定公式，使用的Lambda整定方法的推导过程其实和《PID整定理论与实践》里的方法看起来已经大不相同，但是殊途同归，得到了一样的Lambda整…
积分对象的Lambda整定方法可以归纳为：微分不用、积分足够、比例适当表4-1 自衡和积分对象的特性描述对比
类似锅炉汽包水位的反向过程，在PID控制器输出阶跃变化时，过程变量会有反向响应，这类过程被称为反向过程，也被称为非最小相位过程。使用PID对此类对象进行控制时要同时抑制反向和超调，给出合理的PID参数是非常困难的。基于响应曲线使用Lambda整定方法是解决这类问题的有效方…
对于小纯滞后被控对象，选择最强PID参数，设定值阶跃变化时也不会振荡。小纯滞后对象不建议更大幅度地增大λ而是选择比例先行PID或者限制设定值的变化速度。在闭环系统稳定的前提下，如何合理地选择λ也是PID参数整定需要综合考虑的地方，大时间常数对象也不需要使用微分
自衡对象响应曲线，指的是在自衡被控对象处于稳态时对控制器输出做阶跃变化后的响应曲线。自衡对象特性计算需要知道4个参数△OP、△PV、τ和T。稳态的△OP和△PV可以在响应曲线中很容易获得。63.2%△PV对应的时间为τ+T的时间终点，τ+T的时间起点为控制器输出开始阶跃变化的时…
Lambda整定方法是减少过程振荡的成功方法。Lambda整定以期望的闭环响应速度实现回路的非振荡响应。通过选择一个期望闭环时间常数来设置闭环响应速度。不同期望闭环时间常数计算得到的PID控制器参数。Lambda整定方法仅需要用户指定一个闭环性能参数λ，简化Kc和TI的计算过程，还…
在振荡控制回路中，重点是要观察过程变量和PID控制器输出的峰谷时间的振荡相位关系。如果PID控制器输出处于峰谷时的时间点，过程变量也差不多同时处于峰或谷，则可能是比例作用太强引起的。将比例增益减半往往振荡就会逐渐消失，如果比例增益减半后振荡幅度反而变大，则说明有…
自衡对象的纯比例整定公式可以保证设定值阶跃响应有超调无振荡。通过多次的设定值阶跃响应可以得到和前面一样的结论：纯比例控制器总是有余差。为了消除余差，可以使用比例积分控制器。积分作用通过对偏差的累积消除余差，偏差累积的速度应该和被控对象的动态特性时间常数相匹…
根据自衡对象特性参数对PID参数影响的分析，我们可以直观得到纯比例控制器的一个整定公式。整定公式的比例增益和被控对象的时间常数成正比，和被控对象的增益、纯滞后时间成反比
如果被控对象的τ/T=1不变，时间常数和纯滞后时间从1s到12s设定值阶跃响应的形状都基本不变。所以不使用单独的τ或者T反映被控对象控制的难易程度是科学的。一般当τ/T<1时被控对象属于时间常数主导对象，该对象容易控制稳定。当τ/T≥1时被控对象属于纯滞后主导对象，该对…
实际生产过程中始终都存在纯滞后，所以一般说随着比例作用的增强，设定值阶跃响应会从无超调到有超调无振荡，再到衰减振荡甚至发散振荡。纯滞后时间是控制系统闭环振荡的根源，大纯滞后被控对象纯比例控制器的比例增益要非常小，设定值阶跃响应才能不振荡。纯比例控制器的最优…
分析被控对象特性参数对PID参数的影响，有助于得到科学的PID参数整定方法。没有一个真正的实际生产过程可以用一阶纯滞后模型精确地描述其动态行为，然而，当控制器输出发生变化时， 一阶纯滞后模型可以合理地描述过程变量的响应方向、大小、速度和纯滞后等主要动态特性，因此，…
PID调节器的控制目标直接理解就是PID调节器的设定值，控制目标决定整定方法。为何这样说？虽然这个问题可能看起来很简单但是非常关键：控制目标决定整定方法，这个问题的答案很容易想到的是将过程变量保持在其设定值，然而还有许多其他的事情要考虑
PID参数整定是指根据所用PID算法、过程开环动态和所需闭环性能确定PID参数的工作过程。高效地找到理想的比例增益、积分时间和微分时间就是我们所说的最优PID参数整定，最优性能的PID参数可能是一个区域
为方便大家深入了解PID算法，快速掌握PID参数整定方法，昌晖仪表在本文分享PID形式、两自由度PID、不完全微分、积分饱和和变比例增益PID方面的专业知识，希望对你有所帮助
PID控制器是目前过程工业中应用最广泛的一类控制器，因此，对PID控制器参数之间的相互作用和影响控制的基本理解非常重要。P、I、D三个字母分别代表比例(proportional)作用、积分(integral)作用和微分(derivative)作用三类控制单元，是这三个英文单词的首字母
本文附上由万斯在《PID：控制领域的常青树》中记录的PID控制器大事记
19世纪后半叶至20世纪初，反馈控制器已经被大量应用。埃尔默斯佩里(1860-1930年)敏锐地注意到人进行控制调节时不是简单地采用开关控制，而是综合运用了预测、当过程变量接近设定值时撤出控制以及当存在持续偏差时进行小幅度调节、缓慢控制等方法。斯佩里1911年设计出了采用较为…
飞球式调速器被认为是控制发展史上的一个里程碑，飞球式调速器并不是瓦特发明的。关于应用离心力控制速度，科学家惠更斯(1629-1695年)和胡克(1635-1703年)都曾钻研过并设计了利用离心力控制速度的装置
PID控制器在所有使用控制的领域都能找到，是集散控制系统(DCS)的重要组成部分。许多专用控制系统中也嵌入了PID控制器。PID控制常常与逻辑控制、顺序控制、选择器和简单的功能块相结合，构成用于能源生产、输送和制造的复杂自动化系统。许多复杂的控制策略，如多变量模型预测控…
优闭环响应意味着闭环稳定前提下的最强控制，闭环系统使用的PID参数是鲁棒性和性能俱佳的最强参数，实际应用中控制作用可以减弱，不可以再增强了。闭环响应具有过程变量有超调无振荡的特性则基本接近最优
系统设定值阶跃变化响应是回路控制性能评估的主要依据。系统过渡过程评估主要以超调量、衰减比、余差、上升时间、峰值时间、过渡时间和振荡周期几个品质指标为依据来进行
进行控制系统的性能评估，应该包括系统稳态和动态特性(系统过渡过程)两方面的分析。系统稳态特性的分析主要是使用统计学的知识，计算各项参数的算术平均值、标准偏差、自相关系数等指标，综合判断系统的稳定性。系统动态特性分析主要针对系统面对扰动或需要过程变量变化时的各…
