過程控制
讓我們珍視每一次現(xiàn)場調(diào)研和解決過程控制問題的機會，深入挖掘那些隱藏在數(shù)據(jù)背后的真相。讓我們以開放的心態(tài)，接納和學習新技術(shù)、新方法，不斷提升自己的認知能力和系統(tǒng)思維。只有這樣，我們才能在技術(shù)探討的道路上不斷前行，為解決真實問題貢獻自己的力量
現(xiàn)場有神明要想創(chuàng)造性地解決問題，需要現(xiàn)時、現(xiàn)地、現(xiàn)裝置，具體情況具體分析。這件事并不容易。綜合使用已有的各種手段，抗擾而不干擾。認知能力和系統(tǒng)思維要比PID參數(shù)整定更重要。好的控制方案簡單深刻而且最優(yōu)
PID從發(fā)明出來到今天已經(jīng)100多年了。工業(yè)上絕大部分的工藝參數(shù)也是PID控制?？墒顷P(guān)于PID還是普遍認為，其有改進優(yōu)化的必要?？偸歉杏XPID的能力有限。關(guān)于PID的實踐和認知的差別，頗有點“不知道自己知道”的感覺，其實PID是可控萬物之法
PID參數(shù)整定研究既需要理論基礎(chǔ)，又需要工程的視角和經(jīng)驗。這件事情其實非常復(fù)雜。以前沒有講清楚可能是因為有人清楚但是沒有講，也可能是講了但是工業(yè)界不了解，更可能是同時具備理論與實踐，并關(guān)注PID參數(shù)整定的人很少
從更廣泛意義上看，選擇積分時間等于時間常數(shù)后，比例增益應(yīng)該和時間常數(shù)成正比，和增益、純滯后成反比。想獲得不同的閉環(huán)性能可以選擇不同的系數(shù)。這樣可能的整定公式可以描述如下。其實a=2超調(diào)、a=3臨界阻尼，a=3無超調(diào)、a=4過阻尼這些都是理論值的近似。而且當a≥2時，(a-1…
NAMUR是一個致力于推動工業(yè)自動化領(lǐng)域規(guī)范化、標準化和技術(shù)發(fā)展的行業(yè)組織，通過成員間的合作和知識共享，對工業(yè)自動化系統(tǒng)的設(shè)計、操作和維護提供支持和指導(dǎo)；OPAF開放過程自動化論壇已經(jīng)成為一個重要的國際平臺，匯集了整個過程自動化行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)和專家。通過促進開放標準…
知道PID的能力還是解決不了問題，要想發(fā)揮PID的能力還需要做點工作。PID參數(shù)整定與復(fù)雜控制是問題的兩個關(guān)鍵。把問題研究明白后就要把復(fù)雜的知識簡單化。把頻域分析、拉氏變換、零極點的難度降低到響應(yīng)曲線畫圖的難度，找到普適的整定方法，將三參數(shù)的PID整定減少為兩參數(shù)的PI…
過程控制是實踐的藝術(shù)。從簡單的PID和單回路反饋控制開始，過程控制逐步發(fā)展成枝繁葉茂的科技大樹。很多枝和葉具有扎實的理論基礎(chǔ)，也有很多扎根于直覺的土壤。自控之樹也是一大套“菜譜”，看菜下料，廚隨客味。經(jīng)驗很重要，經(jīng)驗給人信心。新手對參數(shù)整定具有強烈的畏懼感，因…
世界的十種算法究竟有哪些？本文列出一份小小的清單，排名不分先后：合并排序，快速排序與堆排序；傅利葉變換與快速傅利葉變換；迪杰斯特拉算法；RSA 算法；安全哈希算法；整數(shù)分解；鏈接分析；比例微積分算法9、數(shù)據(jù)壓縮算法和隨機數(shù)生成算法
為什么消防的柴油泵房和UPS間不需要設(shè)置氣體檢測儀?昌暉儀表儀表依據(jù)相關(guān)規(guī)范分析其原因
ZN整定方法的臨界比例度方法，要求閉環(huán)使用純比例使閉環(huán)系統(tǒng)等幅振蕩。萬暉老師的結(jié)論：純比例引起的閉環(huán)系統(tǒng)振蕩，其振蕩周期和純滯后和時間常數(shù)的比值相關(guān)，一定在2倍純滯后和4倍純滯后之間。比值越大越靠近2倍純滯后，比值越小越靠近4倍純滯后，比值等于1靠近3倍純滯后。后…
理解Lambda整定方法推導(dǎo)的內(nèi)容需要掌握拉普拉斯變換和傳遞函數(shù)等控制領(lǐng)域相關(guān)知識，這部分知識內(nèi)容超過了本文的范疇，本文直接使用了這些知識。Lambda整定方法的推導(dǎo)使用了分析設(shè)計方法
1942年，在著名的論文“自動控制器的最佳設(shè)置”中，泰勒儀器公司銷售工程部的J. G. Ziegler和工程研究部的N. B. Nichols提出了兩個形成適當控制器參數(shù)的程序，開啟了現(xiàn)代PID工程整定之路。Ziegler比Nichols年長幾歲，兩位傳奇工程師1997年同一年離世。Nichols后來還在麻省理工…
在Lambda整定方法和期望閉環(huán)時間常數(shù)取值范圍確定后，現(xiàn)場整定過程的難點過渡到如何獲取被控對象的控制模型。在實際自衡對象中，大部分都不是標準的一階純滯后對象，很多人進行了模型辨識和降階的工作。后面展示的例子說明，這些以準確擬合為目標的降階方法得到的一階純滯后控…
ZN整定方法中蘊含的這個推論：比例有界，以前沒有被發(fā)現(xiàn)。如何設(shè)置積分作用實現(xiàn)閉環(huán)響應(yīng)有超調(diào)無振蕩也沒有被提出
經(jīng)典復(fù)雜控制來源于實踐，其實反映了工程師解決控制問題的思路，是解決問題方法的組合。復(fù)雜控制策略簡單易行，往往可以極大地擴展單回路反饋控制的能力，但僅限于低維系統(tǒng)。用這些方法來實現(xiàn)一個具有許多被控變量和操縱變量的變量協(xié)調(diào)優(yōu)化是非常困難的。高維多變量協(xié)調(diào)優(yōu)化問…
自動控制方案設(shè)計原則包括：奧卡姆剃刀原理；細節(jié)決定成敗，規(guī)范贏得未來；控制方案要綜合考慮，有多變量協(xié)調(diào)優(yōu)化的思想；學以致用，實事求是和來源于實踐，高于實踐
工藝條件和控制要求決定控制方案設(shè)計。雖然操縱變量和被控變量不改變，但是當控制目標、優(yōu)先級不同時，上述的復(fù)雜控制方案需要相應(yīng)修改。這里昌暉儀表和大家討論使用兩類控制策略設(shè)計的案例，方便大家借鑒
昌暉儀表以流量變頻優(yōu)化控制和換熱器處理量優(yōu)化控制為例，讓大家了解閥位控制應(yīng)用的具體情況
大小閥閥位控制系統(tǒng)方案設(shè)計：小閥用來考慮控制系統(tǒng)的快速性和有效性，而大閥用來保證小閥始終可調(diào)節(jié)。閥位控制系統(tǒng)保證了小閥的可調(diào)范圍，提供了小閥的靈敏度。當僅使用大閥進行控制時，控制性能無法滿足高要求，當僅使用小閥進行控制時，小閥的調(diào)節(jié)范圍無法滿足大范圍流量控…
在什么情況下才需要超馳控制？超馳控制是進行PID約束控制以優(yōu)化過程操作并防止異常操作條件的主要方法之一，是否需要超馳控制，應(yīng)按如下步驟進行判斷：超馳控制是針對多種不同工況的沖突而做出的一種解決方案；多種工況只有一種調(diào)節(jié)手段，也就是說：整體缺少一個控制自由度；多…
比值控制是一種簡單且常用的前饋應(yīng)用，一般的前饋控制都是加法，而比值控制屬于乘法前饋控制。在比值控制中，動態(tài)可以忽略不計。比值控制一般實現(xiàn)兩個變量的絕對量比，而前饋-反饋聯(lián)合控制中的前饋往往實現(xiàn)的是兩個變量的增量比。這個區(qū)別可以作為反饋-比值控制方案和前饋-反饋…
由于前饋控制需要過程模型，所以前饋控制不像反饋控制那樣常用。反饋控制和前饋控制具有互補性質(zhì)。反饋控制可以減少慢速干擾的影響，前饋控制可以更快減少干擾的影響。反饋控制對過程模型的變化相對不敏感，前饋對過程模型的參數(shù)變化更為敏感。反饋可能引起不穩(wěn)定，而前饋不會…
前饋控制不考慮過程變量。它對已知過程干擾的感知或測量做出反應(yīng)，使其成為補償和協(xié)調(diào)控制，以使干擾和控制的影響互相抵消.前饋控制嵌入反饋控制回路中，通過最小化主要過程干擾的影響來顯著改進控制性能，再通過反饋消除其他干擾造成的穩(wěn)態(tài)偏差。重要的是要記住，前饋控制主要…
遵守前饋控制設(shè)計準則可確保在適當時使用前饋控制。前饋控制和反饋控制是獨立的算法，雙重修正會導(dǎo)致過程變量超調(diào)，控制性能下降?？傊?，當擾動動態(tài)非?？烨掖嬖赑ID反饋控制時，不應(yīng)當使用前饋控制。當然，如果不存在反饋，則無論擾動動態(tài)如何，都可以應(yīng)用前饋控制
串級控制是一種利用額外測量值來提高控制性能的有效控制策略，串級控制PID參數(shù)整定只要注意主副回路合理地選擇期望閉環(huán)時間常數(shù)(λ)即可
串級控制特點：串級控制有幾個優(yōu)點，其中大多數(shù)可以歸結(jié)為將慢速控制回路與最終控制元件中的非線性隔離開。只有當副回路的動態(tài)比主回路的動態(tài)快時，串級控制才是有益的；當副回路沒有明顯快于主回路時，除了串級控制的好處減少之外，兩個回路之間還存在可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的相互耦…
要實現(xiàn)串級控制，我們必須能夠識別副過程變量。液位作為主過程變量，控制液位仍然是我們控制策略的核心設(shè)計目標。副過程變量可以選擇排液流量。按串級控制設(shè)計準則：①排液流量已經(jīng)用傳感器測量；②控制液位的閥門(最終控制元件)也可以控制排液流量；③擾動影響液位控制，也會…
遵守串級控制設(shè)計準則可確保串級控制設(shè)計正確，并僅在適當?shù)那闆r下使用。前兩項涉及串級控制的選擇。當然，只有當單回路控制不能提供可接受的控制性能時，才有必要進行諸如串級控制之類的改進。單回路控制在被控對象動態(tài)速度快、純滯后時間小、干擾小且速度慢的情況下可以提供…
復(fù)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(chǔ)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…
雖然昌暉儀表已經(jīng)提供了常規(guī)控制回路的λ整定方法，但是在很多更具挑戰(zhàn)的情況下，根據(jù)不同控制目標仍需要選擇不同的λ。表1匯總了不同情況下建議的期望閉環(huán)時間常數(shù)λ
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，本文分享解決這些問題的具體方法
流量控制回路使用弱比例、強積分的PID參數(shù)，適用范圍更寬、控制器魯棒性更好，是一種綜合考慮了可能存在的大純滯后特性的合理選擇。為了控制這類快速對象，推薦的PID參數(shù)為0.25/20/0
一個控制回路的設(shè)定值階躍響應(yīng)趨勢圖，也是在進行控制回路優(yōu)化時常用的設(shè)定值階躍響應(yīng)趨勢圖。這類趨勢圖一般要包括設(shè)定值、過程變量、PID控制器輸出三根曲線，這個設(shè)定值階躍響應(yīng)趨勢圖蘊含著很多信息
積分過程的過程變量在開環(huán)情況下僅在平衡點是穩(wěn)定的，積分對象過程變量的響應(yīng)曲線總是有超調(diào)。如果是比例作用引起的同相位振蕩，僅僅簡單地加大積分時間、減弱積分作用往往不能完全消除振蕩；如果比例作用合適，太強的積分作用會造成PID控制器輸出和過程變量的異相位振蕩，如果…
比例增益和積分時間的變化對自衡對象設(shè)定值階躍響應(yīng)曲線的影響：響應(yīng)曲線為有超調(diào)無振蕩的最優(yōu)狀況。隨著比例增益和積分時間的變化，無論是翻倍還是減半，自衡對象設(shè)定值階躍響應(yīng)過程的每一個曲線都顯著不同
根據(jù)經(jīng)驗，任何過程的動態(tài)特性都是不同的，就算它們可以生產(chǎn)相同的產(chǎn)品，使用相同的儀器，并在相同的時間生產(chǎn)，但是，就像雙胞胎一樣，它們不可避免地會發(fā)展出獨特的特點。每個化工過程的控制方案都有其獨特性。盡管如此，生產(chǎn)過程確實具有一些共同的特征，絕大部分的生產(chǎn)過程…
Lambda整定方法理論非常嚴密，可是由于使用了傳遞函數(shù)和頻域知識，很多非自控專業(yè)的工程師還是看不太懂。我們嘗試基于響應(yīng)曲線得到Lambda整定公式，使用的Lambda整定方法的推導(dǎo)過程其實和《PID整定理論與實踐》里的方法看起來已經(jīng)大不相同，但是殊途同歸，得到了一樣的Lambda整…
積分對象的Lambda整定方法可以歸納為：微分不用、積分足夠、比例適當表4-1 自衡和積分對象的特性描述對比
類似鍋爐汽包水位的反向過程，在PID控制器輸出階躍變化時，過程變量會有反向響應(yīng)，這類過程被稱為反向過程，也被稱為非最小相位過程。使用PID對此類對象進行控制時要同時抑制反向和超調(diào)，給出合理的PID參數(shù)是非常困難的?；陧憫?yīng)曲線使用Lambda整定方法是解決這類問題的有效方…
對于小純滯后被控對象，選擇最強PID參數(shù)，設(shè)定值階躍變化時也不會振蕩。小純滯后對象不建議更大幅度地增大λ而是選擇比例先行PID或者限制設(shè)定值的變化速度。在閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，如何合理地選擇λ也是PID參數(shù)整定需要綜合考慮的地方，大時間常數(shù)對象也不需要使用微分
自衡對象響應(yīng)曲線，指的是在自衡被控對象處于穩(wěn)態(tài)時對控制器輸出做階躍變化后的響應(yīng)曲線。自衡對象特性計算需要知道4個參數(shù)△OP、△PV、τ和T。穩(wěn)態(tài)的△OP和△PV可以在響應(yīng)曲線中很容易獲得。63.2%△PV對應(yīng)的時間為τ+T的時間終點，τ+T的時間起點為控制器輸出開始階躍變化的時…
Lambda整定方法是減少過程振蕩的成功方法。Lambda整定以期望的閉環(huán)響應(yīng)速度實現(xiàn)回路的非振蕩響應(yīng)。通過選擇一個期望閉環(huán)時間常數(shù)來設(shè)置閉環(huán)響應(yīng)速度。不同期望閉環(huán)時間常數(shù)計算得到的PID控制器參數(shù)。Lambda整定方法僅需要用戶指定一個閉環(huán)性能參數(shù)λ，簡化Kc和TI的計算過程，還…
在振蕩控制回路中，重點是要觀察過程變量和PID控制器輸出的峰谷時間的振蕩相位關(guān)系。如果PID控制器輸出處于峰谷時的時間點，過程變量也差不多同時處于峰或谷，則可能是比例作用太強引起的。將比例增益減半往往振蕩就會逐漸消失，如果比例增益減半后振蕩幅度反而變大，則說明有…
自衡對象的純比例整定公式可以保證設(shè)定值階躍響應(yīng)有超調(diào)無振蕩。通過多次的設(shè)定值階躍響應(yīng)可以得到和前面一樣的結(jié)論：純比例控制器總是有余差。為了消除余差，可以使用比例積分控制器。積分作用通過對偏差的累積消除余差，偏差累積的速度應(yīng)該和被控對象的動態(tài)特性時間常數(shù)相匹…
根據(jù)自衡對象特性參數(shù)對PID參數(shù)影響的分析，我們可以直觀得到純比例控制器的一個整定公式。整定公式的比例增益和被控對象的時間常數(shù)成正比，和被控對象的增益、純滯后時間成反比
如果被控對象的τ/T=1不變，時間常數(shù)和純滯后時間從1s到12s設(shè)定值階躍響應(yīng)的形狀都基本不變。所以不使用單獨的τ或者T反映被控對象控制的難易程度是科學的。一般當τ/T<1時被控對象屬于時間常數(shù)主導(dǎo)對象，該對象容易控制穩(wěn)定。當τ/T≥1時被控對象屬于純滯后主導(dǎo)對象，該對…
實際生產(chǎn)過程中始終都存在純滯后，所以一般說隨著比例作用的增強，設(shè)定值階躍響應(yīng)會從無超調(diào)到有超調(diào)無振蕩，再到衰減振蕩甚至發(fā)散振蕩。純滯后時間是控制系統(tǒng)閉環(huán)振蕩的根源，大純滯后被控對象純比例控制器的比例增益要非常小，設(shè)定值階躍響應(yīng)才能不振蕩。純比例控制器的最優(yōu)…
分析被控對象特性參數(shù)對PID參數(shù)的影響，有助于得到科學的PID參數(shù)整定方法。沒有一個真正的實際生產(chǎn)過程可以用一階純滯后模型精確地描述其動態(tài)行為，然而，當控制器輸出發(fā)生變化時， 一階純滯后模型可以合理地描述過程變量的響應(yīng)方向、大小、速度和純滯后等主要動態(tài)特性，因此，…
PID調(diào)節(jié)器的控制目標直接理解就是PID調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，控制目標決定整定方法。為何這樣說？雖然這個問題可能看起來很簡單但是非常關(guān)鍵：控制目標決定整定方法，這個問題的答案很容易想到的是將過程變量保持在其設(shè)定值，然而還有許多其他的事情要考慮
