昌暉儀表網(wǎng)有大量文章討論過一個過程變量、一個控制器和一個最終控制元件的單回路控制問題。典型的過程控制方案要復雜得多，有多個過程變量、多個控制器或者多個最終控制元件。自下而上模塊化方法是設計這類系統(tǒng)的一種方法。在這個過程中，控制方案是由簡單的基礎模塊組成的。控制方案通常在集散控制系統(tǒng)中實現(xiàn)，集散控制系統(tǒng)的軟件通過選擇和連接基礎模塊來進行組態(tài)。隨后更新的序列文章將介紹構(gòu)建復雜控制方案所需的基礎模塊和指導復雜控制方案設計的基本準則。
一組控制方案用于從簡單的基礎模塊構(gòu)建多變量復雜控制方案。反饋是最重要、最基本、最核心的控制策略。簡單的反饋控制回路用于保持過程變量不變或使過程變量以特定的方式變化。反饋控制的主要作用是確定操縱變量的大小以將過程變量控制在設定值。本文我們將討論其他控制方案。
復雜控制也稱為多變量PID控制，是在單回路控制系統(tǒng)的基礎上，再增加計算環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)或者其他環(huán)節(jié)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控制算法是專用的復雜控制。復雜控制是區(qū)別于單回路控制并為了解決現(xiàn)場的特殊控制要求而發(fā)展的復雜控制方案的統(tǒng)稱。
常用的復雜控制方案包括
①串級控制(兩個控制回路嵌套)：兩個過程變量，兩個控制回路，只有一個PID控制器輸出到最終控制元件，主控制器輸出是副控制器的設定值，通常用于主控制器過程變量響應緩慢、副控制器過程變量響應快的過程。
②前饋控制：通過觀察情況、收集整理信息、掌握規(guī)律、預測趨勢，正確預計未來可能出現(xiàn)的問題，提前采取措施的開環(huán)控制系統(tǒng)。當擾動發(fā)生變化時，前饋不等待干擾對過程變量產(chǎn)生影響和由此產(chǎn)生的偏差，按算法直接計算控制器輸出并執(zhí)行。干擾可以是單個測量，也可以是多個測量的計算組合。前饋控制是控制輔助算法，和PID類似，并常常和反饋控制組成聯(lián)合控制。
③比值控制(兩個過程變量關聯(lián))：一個控制器確定兩個過程變量之間的期望比值，然后一個過程變量乘以該比率成為第二個控制器的設定值。當主過程變量改變時，主過程變量乘以比率來確定從過程變量控制器的設定值。比值控制其實屬于前饋控制的一種。
④超馳控制(兩個控制器使用一個最終控制元件)：把生產(chǎn)過程中對某些工藝參數(shù)的限制條件所構(gòu)成的邏輯關系疊加到正常的自動控制系統(tǒng)上的組合控制方案。系統(tǒng)由正常控制部分和超馳控制部分組成，正常情況下正?？刂撇糠止ぷ?，超馳控制部分不工作；當生產(chǎn)過程某個參數(shù)趨于危險極限但還未進入危險區(qū)域時，超馳控制部分工作，而正?？刂撇糠植还ぷ?，直到生產(chǎn)重新恢復正常，然后正?？刂撇糠钟种匦鹿ぷ鳌＿@種能自動切換使控制系統(tǒng)在正常和異常情況下均能工作的控制系統(tǒng)也叫選擇性控制系統(tǒng)，是常用的約束控制方法。
⑤分程控制(一個控制器同時控制多個最終控制元件)：分程控制本質(zhì)上還是一個PID控制器，只是將控制器輸出信號全程分割成若干個信號段，每個信號段控制一個最終控制元件，每個最終控制元件僅在控制器輸出信號整個范圍的某段內(nèi)工作，它主要用于帶有邏輯關系的多種控制手段而又具有同一控制目的的系統(tǒng)中，是為協(xié)調(diào)不同控制手段的動作邏輯而設計的。
⑥閥位控制(兩個控制器協(xié)調(diào)控制)：也叫雙重控制，指多個控制器協(xié)同工作，閥位控制的本質(zhì)是改變自由度，通過“間接影響”實現(xiàn)多種控制手段分工合作的目標，用于解決控制系統(tǒng)的動特性(快速性，有效性)與經(jīng)濟性及合理性的協(xié)調(diào)問題。閥位控制方案賦予PID控制器優(yōu)化協(xié)調(diào)能力。
復雜控制的大多數(shù)技術(shù)在模擬控制時代就已經(jīng)出現(xiàn)。然而，除了偶爾出現(xiàn)的串級回路外，成本、可靠性等問題阻礙了它們的應用。這些復雜控制技術(shù)得到應用是在引入集散控制系統(tǒng)之后，在模型預測控制廣泛應用之前。復雜控制的復雜性在簡單PID控制和模型預測控制之間。復雜控制是PID控制算法的高級應用，在模型預測控制出現(xiàn)之前是解決多變量問題的主要手段。復雜控制由于不需要額外的軟硬件，也是低成本解決復雜過程控制問題的有效方法。
