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：

1、液位純比例控制有余差
液位純比例控制存在余差。在積分過程中，有人認(rèn)為被控對象本身已經(jīng)有積分作用了，所以推薦純比例控制。實(shí)際上，即使是積分對象使用純比例也存在余差。

從前面的圖1可知，如果積分對象的擾動來自輸入端或者擾動對過程變量的模型也有積分特性，則純比例控制有余差。反應(yīng)器液位的余差會導(dǎo)致反應(yīng)物料停留時(shí)間的變化，應(yīng)該盡量避免。即使不是反應(yīng)器液位，如果控制系統(tǒng)始終達(dá)不到設(shè)定值，說明控制系統(tǒng)沒有滿足控制要求，這種情況也應(yīng)該避免。所以即使存在超調(diào)甚至振蕩的風(fēng)險(xiǎn)，具有積分特性的被控對象也要使用比例積分控制。


圖1 基準(zhǔn)積分對象不同λ的設(shè)定值階躍響應(yīng)

2、液位PID控制回路等幅振蕩
一般液位被控對象都是積分過程，按自衡對象設(shè)置的PID參數(shù)很容易導(dǎo)致如圖2所示的等幅振蕩。


圖2 液位控制等幅振蕩

液位測量值圍繞設(shè)定值振蕩的同時(shí)，PID控制器輸出也大幅度振蕩，并傳導(dǎo)給下游裝置引起整個(gè)系統(tǒng)的振蕩，這是液位控制回路常見的另一類問題。任何情況下等幅振蕩都說明控制回路有問題應(yīng)該盡量避免。

當(dāng)遇到這種情況時(shí)，可以按Lambda整定方法進(jìn)行模型測試和參數(shù)整定，也可以按下面的步驟解決：

①首先分析振蕩曲線的特性。當(dāng)振蕩曲線是不太平滑的方波或者鋸齒波時(shí)，振蕩的根源更可能在最終控制元件。建議手動對最終控制元件進(jìn)行不同幅度不同方向的測試，以確認(rèn)其控制精度和非線性，如有問題及時(shí)處理。

②振蕩曲線非常平滑時(shí)，可以將該控制回路控制模式設(shè)置為手動并觀察液位的趨勢。如果振蕩沒有消失，則可能是其他相關(guān)控制回路的振蕩引起的，建議先從其他控制回路入手進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)存在周期性干擾時(shí)PID參數(shù)整定效果不明顯。

③當(dāng)振蕩曲線平滑而且手動時(shí)振蕩消失，則一般是PID參數(shù)的問題。液位控制回路由于PID參數(shù)引起的回路振蕩的原因包括：a、比例作用太強(qiáng)；b、比例增益和積分時(shí)間的乘積太小。如果過程變量和控制器輸出是同相位振蕩，則可以將比例增益減半并保持比例增益和積分時(shí)間的乘積不變，即積分時(shí)間同時(shí)翻倍。如果過程變量和PID控制器輸出是明確的異相位振蕩，則可以將比例增益翻倍并且設(shè)置積分時(shí)間等于振蕩周期。參數(shù)修改后等待2個(gè)以上的振蕩周期，如果還是振蕩，可以根據(jù)曲線形狀再做一次修改。