可以通過選擇不同的PID配置和PID參數(shù)獲得控制性能提升，也可以通過前饋控制、串級(jí)控制甚至前饋串級(jí)組合控制獲得控制性能提升。通過控制結(jié)構(gòu)改進(jìn)獲得性能提升本質(zhì)上與通過PID參數(shù)整定獲得性能提升是一致的。
所以就像PID參數(shù)整定一樣，每一個(gè)工程師都應(yīng)該知道如何通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)提升控制性能。這部分工作一般不需要在控制方案設(shè)計(jì)中考慮，或者在控制方案設(shè)計(jì)的最后階段才根據(jù)實(shí)際情況考慮。
串級(jí)控制是為了克服控制側(cè)干擾和非線性，但是串級(jí)模式反映了分層解決問題的思想，在控制方案設(shè)計(jì)中有更多應(yīng)用。串級(jí)控制和串級(jí)模式解決的問題和適用場景并不意義。這一點(diǎn)以前也沒有被準(zhǔn)確理解。
在控制方案設(shè)計(jì)中要遵循一些原則：
1、理解當(dāng)前控制方案的設(shè)計(jì)意圖和操作思路，但是又不能拘泥于當(dāng)前方案和當(dāng)前解決問題的操作思路；
2、將復(fù)雜問題拆分或變通成單配對配對，按順序用單回路PID解決；
3、MV要從一而終，控制時(shí)不能切換控制權(quán)；
4、通過各種約束條件下模擬控制方案的動(dòng)態(tài)處理過程，找到至簡至優(yōu)方案。
分程控制是常用的復(fù)雜控制形式。本質(zhì)上分程控制仍然是一個(gè)單回路PID，即便如此也要謹(jǐn)慎使用分程控制。當(dāng)有1個(gè)CV2個(gè)MV時(shí)，當(dāng)然可以使用MV合的方法選擇分程控制。但是要意識(shí)到也可以通過CV分的方法選擇不同設(shè)定值的分級(jí)控制或者閥位控制。
例如在用放空閥和補(bǔ)氮閥控制儲(chǔ)罐壓力時(shí)，MV合的分程控制往往是首選。其實(shí)不同設(shè)定值的兩個(gè)儲(chǔ)罐壓力控制回路，分別控制放空閥和補(bǔ)氮閥的CV分的分級(jí)控制，往往是更優(yōu)選擇。兩個(gè)單回路可以獨(dú)立整定，壓力快速變化時(shí)防空閥和補(bǔ)氮閥同時(shí)開關(guān)的問題也很好解決。大小閥控制總流量選擇分程控制更是沒有理解設(shè)計(jì)意圖的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)。
超馳控制是為安全和異常工況準(zhǔn)備的，如果超馳控制用于解決控制問題需要經(jīng)常生效，往往是對超馳控制的不合理使用。超馳控制需要MV控制權(quán)切換所以在控制方案設(shè)計(jì)中應(yīng)該謹(jǐn)慎使用。但是實(shí)際設(shè)計(jì)中很多看起來和安全有關(guān)所以選擇超馳控制。雖然超馳控制很少用但是濫用的情況也很普遍。簡單了不一定對，復(fù)雜了一定不對。分程控制+超馳控制一般情況下都有不夠至簡。
案例(來自《Process Control-Engineering Analyses and Best Practices》)：一個(gè)水處理過程，水被送到FWKO罐，然后流到氣/液分離器，去除水中的夾帶氣體。然后水被送到下游進(jìn)一步處理。流量由流量控制器調(diào)節(jié)。操作要求是通過操縱兩個(gè)流量控制閥來維持兩個(gè)液位。液位和流量測量可根據(jù)需要提供。對于FWKO罐，液位為控制變量，出口流量閥LCV-101為操縱變量。對于分離器，由于泵的非線性動(dòng)力學(xué)，采用串級(jí)液位(LC-102)輸出流量(FC-101)控制回路來改進(jìn)液位控制。
挑戰(zhàn)是分離器的容量比FWKO小得多。FWKO出口流量的波動(dòng)很容易影響分離器液位控制器LC-102。在最初幾年的運(yùn)行中，經(jīng)常因?yàn)榉蛛x器高液位聯(lián)鎖導(dǎo)致停車。
為了防止高液位聯(lián)鎖，分離器上的同一液位高液位控制器LC-103用于和FWKO罐液位控制器LC-101組成了超馳保護(hù)控制。但是超馳控制經(jīng)常生效，LCV-101不能從一而終。所以這個(gè)方案能解決問題但是不夠至簡至優(yōu)。
分離器液位控制由進(jìn)口流量控制閥LCV-01控制，F(xiàn)WKO罐液位由泵排出處的控制閥(LCV-02)控制。這種嵌套控制方案是一種更清晰、更可靠的設(shè)計(jì)，提供了更好的總體性能。其實(shí)還有更簡單的處理辦法，解決控制問題并不一定要重新設(shè)計(jì)控制方案。
在牛紹華老師的大作《Process Control-Engineering Analyses and Best Practices》中，提出了控制方案故障排除的方法：對于任何控制回路，無論是簡單的獨(dú)立PID回路還是復(fù)雜的控制方案，無論是出于設(shè)計(jì)還是故障排除的目的，都可以詢問以下問題，以獲得有關(guān)該回路的必要知識(shí)。
1、地點(diǎn)WHERE：控制方案/回路位于哪里?
2、原因WHY：為什么需要控制方案/回路(工藝原因)?
3、功能WHAT：控制方案/回路應(yīng)該提供什么功能?
4、時(shí)間WHEN：控制方案/回路何時(shí)響應(yīng)?
5、實(shí)現(xiàn)HOW：控制方案/回路在DCS中是如何實(shí)現(xiàn)的?
6、異常WHAT IF：如果不滿足操作條件怎么辦?
故障排除應(yīng)包括以下審查和分析，以理解和驗(yàn)證控制策略：
①過程分析
②平衡分析
③因果分析
④自由度分析
⑤動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析
⑥分層控制設(shè)計(jì)
作者：馮少輝博士
