在生產(chǎn)過程測量裝置的高級化、高速化、復(fù)雜化、靈活性、集中化的過程中，作為最基本的控制算法，由以前采用PID控制到應(yīng)用微處理器的數(shù)字調(diào)節(jié)器的出現(xiàn)，各種PID算法層出不窮，2自由度PID控制也是這些控制算法中的一種。
經(jīng)典PID控制在實際應(yīng)用中還是存在缺點的：在實際的PID控制系統(tǒng)中雖然存在(抑制外部擾動最佳控制常數(shù))和(跟蹤給定值最佳控制常數(shù))2種類型的最佳控制常數(shù)， 但經(jīng)典PID控制是只能設(shè)定1種類型控制常數(shù)的1自由度PID度控制方式。因此，如果設(shè)定控制常數(shù)使跟蹤給定值特性為最佳，則抑制外部擾動特性就變差(不好)，若設(shè)定控制常數(shù)使抑制外部擾動錢性成為最佳， 則跟蹤給定值特性就成為振蕩的。因此，只好在運行中途進(jìn)行設(shè)定，任其控制性能不佳。
昌暉儀表為了消除經(jīng)典PID控制所具有的這些本質(zhì)缺點，把(抑制外部擾動最佳控制常數(shù))和(跟蹤給定值最佳控制常數(shù))的2種類型的控制常數(shù)獨立進(jìn)行設(shè)定，而且必需調(diào)節(jié)的參數(shù)是同一個數(shù)，從而研制了與以前的PID控制相比調(diào)節(jié)方法簡單、控制性能有極大提高的2自由度PID控制方式，并在YR-RJD系列通用溫控器中實用，在溫度、流量、壓力等過程控制中取得好的控制效果。
2自由度PID控制的功能必須具備在前面論述的自動調(diào)節(jié)、自適應(yīng)控制和各種超前(前饋)控制 等一切控制系統(tǒng)的基本功能。如果過程控制使用2自由度PID控制調(diào)節(jié)方式，對于被控對象的各種變化，由于控制回路所具有的衰減特性而使變化被消除，所以可使裝置的運行特性發(fā)生改變。
昌暉儀表在介紹2自由度PID控制方式的前先說說導(dǎo)前微分控制方式。在數(shù)字控制中廣泛應(yīng)用的測量值微分超前型導(dǎo)前微分PID控制，這種算法與一般控制偏差的PID控制相比，為了防止給定值設(shè)定變化時微分突變，對控制偏差進(jìn)行PI運算，微分僅對PV(過程變量)產(chǎn)生動作。這種導(dǎo)前微分PID控制系統(tǒng)的基本功能有：
①對于外部擾 動變化的抑制性。
②對于給定值變化的跟蹤性。
但對于這兩個功能，控制常數(shù)(PID參數(shù))的最佳值不是一種，而是存在兩種，即有抑制外部擾動最佳控制常數(shù)，也有跟蹤給定值最佳控制常數(shù)
控制常數(shù)和控制響應(yīng)的關(guān)系
如前所述，雖然在PID控制系統(tǒng)中存在2種類型的最佳控制常數(shù)，但以前的1自由度PID控制方式只能設(shè)定1種類型的最佳控制常數(shù)。圖1反映當(dāng)設(shè)定抑制外部擾動最佳控制常數(shù)時，跟蹤給定值特性的變化情況；圖2反映當(dāng)設(shè)定跟蹤給定值最佳控制常數(shù)
時，抑制外部擾動特性的變化情況。
圖1 以前的PID控制重視干擾響應(yīng)則目標(biāo)值響應(yīng)就變差 圖2 重視目標(biāo)值響則應(yīng)干擾響應(yīng)就變差
由圖1和圖2可明顯地看出, 若設(shè)定控制常數(shù)使抑制外部擾動特性為最佳, 則跟蹤給定值特性就變成振蕩的，反之，若設(shè)定控制常數(shù)使跟蹤給定值特性為最佳，則抑制外部擾動特性變得平緩。
在以前的PID控制中，因為不能設(shè)定控制常數(shù)使跟蹤給定值和抑制外部擾動這兩個方面都成為最佳，所以，必須把控制常數(shù)設(shè)定在兩種特定的妥協(xié)點上，讓它具有適當(dāng)?shù)目刂铺匦?，這一點有待于改善。
圖3 2自由度PID控制可同時滿足目標(biāo)值響應(yīng)和干擾響應(yīng)的控制性能的動作
圖3反映的是2自由度PID控制兼顧目標(biāo)值響應(yīng)和干擾響應(yīng)的示意圖。
實現(xiàn)2自由度PID控制的方法
實現(xiàn)2自由度PID控制方法很多，昌暉儀表介紹一種以給定值濾波器實現(xiàn)2自由度PID控制的方法。選用給定值濾波器實現(xiàn)2自由度PID控制有以下原因：
①它與數(shù)字控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用的測量值微分超前形PID控制算法很相似，表達(dá)式的展開很簡明。
②因為它僅附加上給定值濾波器，所以容易適用于已經(jīng)設(shè)定的溫控器。
③向偏差平方形PID控制、附加間隙的PID控制等控制算法的相應(yīng)轉(zhuǎn)換容易。
總之，給定值濾波器2自由度PID控制方式是通用的，它有很好的發(fā)展性。
2自由度控制的特征和應(yīng)用的優(yōu)點
昌暉儀表把2自由度PID控制的特征歸納如下：
①可同時實現(xiàn)PID控制的調(diào)節(jié)方法的簡單化和控制性能的提高。
②串級控制的段數(shù)(n) 越大，效果越好(nn倍)。
③構(gòu)造簡單，容易理解，容易適用于已經(jīng)設(shè)立的系統(tǒng)。
④通過參數(shù)α、β和γ的設(shè)定，可任意的實現(xiàn)多種構(gòu)造的PID控制。
給定濾波器H(S)在實現(xiàn)2自由度PID控制時的α、β、γ推薦值
⑤通過全面的應(yīng)用，可實現(xiàn)裝置設(shè)備運行特性的革新。
⑥可通過以前的PID控制方式來替換它。
