在PID參數(shù)整定中，過(guò)程動(dòng)態(tài)特性是關(guān)鍵。只有在掌握正確的過(guò)程動(dòng)態(tài)特性后，才能執(zhí)行最優(yōu)PID參數(shù)整定。盡管大部分過(guò)程都具有非線(xiàn)性，不能用簡(jiǎn)單的模型來(lái)準(zhǔn)確描述，但是由于PID是線(xiàn)性控制器，而且只有三個(gè)參數(shù)，所以很多PID參數(shù)整定方法將過(guò)程簡(jiǎn)化為非常簡(jiǎn)單但是有效的一階純滯后模型。使用一階純滯后模型描述過(guò)程的主要?jiǎng)討B(tài)特性并用于優(yōu)化PID參數(shù)，在負(fù)反饋控制框架下就能實(shí)現(xiàn)過(guò)程的有效控制。
最后，不應(yīng)該忘記被控過(guò)程的工藝要求。當(dāng)設(shè)定值跟蹤是關(guān)鍵時(shí)，將其作為最優(yōu)性能的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)干擾抑制是關(guān)鍵時(shí)，就要重點(diǎn)關(guān)注這一點(diǎn)。當(dāng)設(shè)定值跟蹤和干擾抑制都是工藝要求時(shí)，嘗試使用前饋或兩自由度PID控制器。如果超調(diào)會(huì)引起產(chǎn)品質(zhì)量降低，則控制器整定的時(shí)候就要盡量避免超調(diào)。也可能由于和其他控制回路耦合，只能整定得相對(duì)慢一些。換句話(huà)說(shuō)，PID參數(shù)整定意味著控制回路有一個(gè)特定的控制目標(biāo)，通過(guò)使用正確的比例增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間實(shí)現(xiàn)該控制目標(biāo)。
為了獲得所需的閉環(huán)控制性能，PID參數(shù)整定是必要的。首先，過(guò)程可以閉環(huán)穩(wěn)定運(yùn)行是整定的最低要求。其次，通過(guò)PID參數(shù)整定來(lái)減少控制設(shè)備的振蕩，這有助于減少報(bào)警頻次和降低操作干預(yù)。最后，優(yōu)化PID參數(shù)和控制方案可以通過(guò)知識(shí)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)裝置的零手動(dòng)操作和智能化，提高工廠安全性、效率、效益和裝置穩(wěn)定性，降低綜合消耗，過(guò)程報(bào)警和操作員干預(yù)的頻次可以降到更低。
控制回路PID參數(shù)整定方法非常多，最有名的是泰勒儀表公司的齊格勒和尼克爾斯在1942年發(fā)布的ZN整定方法。ZN整定方法開(kāi)創(chuàng)了規(guī)范化PID參數(shù)工程整定的先河，開(kāi)啟了PID參數(shù)整定科學(xué)化的歷程。很多書(shū)籍中也主要介紹這種PID參數(shù)整定方法，但是實(shí)際上這種PID參數(shù)整定方法存在很多問(wèn)題。所以不推薦直接使用ZN整定方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際PID參數(shù)整定。
ZN整定方法存在的問(wèn)題包括：
①ZN整定方法是為具有交互式PID算法的控制器設(shè)計(jì)的。如果不使用微分(純比例或比例積分控制),則整定結(jié)果也直接適用于非交互式PID算法。但是，如果使用微分(PID控制)并且控制器算法是非交互式或并聯(lián)式PID算法，則應(yīng)使用3.3節(jié)中的公式，對(duì)計(jì)算出的PID參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以使其適用于非交互式或并聯(lián)式PID算法。
②ZN整定方法只提供最強(qiáng)的抗擾特性，設(shè)定值階躍變化時(shí)會(huì)表現(xiàn)為1/4衰減振蕩，所以設(shè)定值階躍變化時(shí)過(guò)程變量會(huì)超過(guò)設(shè)定值并在其附近振蕩幾次。這種整定方法不能滿(mǎn)足多樣化的控制要求，例如不適用于設(shè)定值階躍變化不允許超調(diào)的過(guò)程，也沒(méi)有考慮控制回路之間的相關(guān)影響。不能根據(jù)需要靈活設(shè)置的固定整定計(jì)算公式是很多整定方法的局限。
③對(duì)于大純滯后被控對(duì)象，由于積分作用太弱，控制回路的響應(yīng)速度和抑制干擾能力都不理想。ZN整定方法有一定的適用范圍，但ZN整定方法不適用于大純滯后被控對(duì)象，導(dǎo)致工業(yè)界普遍片面認(rèn)為：大純滯后被控對(duì)象很難控制。
④魯棒性不高，嚴(yán)重依賴(lài)于模型的準(zhǔn)確性，當(dāng)模型與實(shí)際過(guò)程有失配時(shí)控制性能可能變得非常差。正常模型最強(qiáng)抗擾時(shí)的PID參數(shù)對(duì)模型失配非常敏感，模型失配會(huì)造成閉環(huán)系統(tǒng)發(fā)散。
⑤臨界比例度法要求控制系統(tǒng)首先使用純比例控制使閉環(huán)系統(tǒng)等幅振蕩，這個(gè)整定過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)往往不能接受。當(dāng)被控對(duì)象沒(méi)有純滯后或者純滯后很小時(shí)，即使比例作用非常強(qiáng)，閉環(huán)系統(tǒng)也很難等幅振蕩。
⑥對(duì)這種整定方法的過(guò)度相信和不適用情況下的應(yīng)用可能導(dǎo)致整定效果不理想。實(shí)際工作中直接使用ZN整定方法進(jìn)行PID參數(shù)整定，很容易導(dǎo)致需要頻繁整定、閉環(huán)性能不能滿(mǎn)足控制要求的問(wèn)題。
ZN整定方法提出一條基于工業(yè)實(shí)踐的控制系統(tǒng)研究途徑，啟發(fā)了很多工程師、學(xué)者從工程實(shí)踐的角度去研究控制理論和PID參數(shù)整定方法。過(guò)程的復(fù)雜性、ZN整定方法研究問(wèn)題的思路和其存在的問(wèn)題引起了工業(yè)界的重視，這三點(diǎn)是PID參數(shù)整定方法多達(dá)一百多種的主要原因。這么多方法都能有效是負(fù)反饋和PID的功勞。傳統(tǒng)整定方法關(guān)注克服不可測(cè)階躍擾動(dòng)時(shí)的偏差峰值和偏差累積，這種積極但魯棒性不足的整定方法不適合處理實(shí)際問(wèn)題或?qū)崿F(xiàn)其他控制目標(biāo)，整定結(jié)果存在比例增益大、積分時(shí)間短的問(wèn)題，不可避免地在系統(tǒng)中引起振蕩，難以使系統(tǒng)達(dá)到整體性能最優(yōu)的控制目標(biāo)，不適合大多數(shù)化工應(yīng)用。最新的整定方法關(guān)注的是增加魯棒性、最小化非線(xiàn)性、耦合和振蕩影響，并滿(mǎn)足其他過(guò)程目標(biāo)，例如最大化吸收干擾的緩沖罐液位控制、比值控制的回路協(xié)調(diào)和串級(jí)控制中副控制回路的設(shè)定值響應(yīng)等。
