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(jī)會(huì)，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(xué)習(xí)新技術(shù)、新方法，不斷提升自己的認(rèn)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(shí)問題貢獻(xiàn)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(shí)、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(rèn)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。可是關(guān)于PID還是普遍認(rèn)為，其有改進(jìn)優(yōu)化的必要。總是感覺PID的能力有限。關(guān)于PID的實(shí)踐和認(rèn)知的差別，頗有點(diǎn)“不知道自己知道”的感覺，其實(shí)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(yàn)。這件事情其實(shí)非常復(fù)雜。以前沒有講清楚可能是因?yàn)橛腥饲宄菦]有講，也可能是講了但是工業(yè)界不了解，更可能是同時(shí)具備理論與實(shí)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(shí)間等于時(shí)間常數(shù)后，比例增益應(yīng)該和時(shí)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(shí)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(dāng)a≥2時(shí)，(a-1…
NAMUR是一個(gè)致力于推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)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(shí)共享，對(duì)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、操作和維護(hù)提供支持和指導(dǎo)；OPAF開放過程自動(dòng)化論壇已經(jīng)成為一個(gè)重要的國際平臺(tái)，匯集了整個(gè)過程自動(dòng)化行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)和專家。通過促進(jìn)開放標(biāo)準(zhǔn)…
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(diǎn)工作。PID參數(shù)整定與復(fù)雜控制是問題的兩個(gè)關(guān)鍵。把問題研究明白后就要把復(fù)雜的知識(shí)簡單化。把頻域分析、拉氏變換、零極點(diǎn)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(shí)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(shí)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(yàn)很重要，經(jīng)驗(yàn)給人信心。新手對(duì)參數(shù)整定具有強(qiáng)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(jī)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(shí)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(shí)，這部分知識(shí)內(nèi)容超過了本文的范疇，本文直接使用了這些知識(shí)。Lambda整定方法的推導(dǎo)使用了分析設(shè)計(jì)方法
1942年，在著名的論文“自動(dòng)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(gè)形成適當(dāng)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(shí)間常數(shù)取值范圍確定后，現(xiàn)場整定過程的難點(diǎn)過渡到如何獲取被控對(duì)象的控制模型。在實(shí)際自衡對(duì)象中，大部分都不是標(biāo)準(zhǔn)的一階純滯后對(duì)象，很多人進(jìn)行了模型辨識(shí)和降階的工作。后面展示的例子說明，這些以準(zhǔn)確擬合為目標(biāo)的降階方法得到的一階純滯后控…
ZN整定方法中蘊(yùn)含的這個(gè)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(shí)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(shí)踐，其實(shí)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?cái)U(kuò)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(shí)現(xiàn)一個(gè)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(dòng)控制方案設(shè)計(jì)原則包括：奧卡姆剃刀原理；細(xì)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(xué)以致用，實(shí)事求是和來源于實(shí)踐，高于實(shí)踐
工藝條件和控制要求決定控制方案設(shè)計(jì)。雖然操縱變量和被控變量不改變，但是當(dāng)控制目標(biāo)、優(yōu)先級(jí)不同時(shí)，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(jì)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(jì)：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(dāng)僅使用大閥進(jìn)行控制時(shí)，控制性能無法滿足高要求，當(dāng)僅使用小閥進(jìn)行控制時(shí)，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(jìn)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(jìn)行判斷：超馳控制是針對(duì)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(gè)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(dòng)態(tài)可以忽略不計(jì)。比值控制一般實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變量的絕對(duì)量比，而前饋-反饋聯(lián)合控制中的前饋往往實(shí)現(xiàn)的是兩個(gè)變量的增量比。這個(gè)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(bǔ)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(duì)過程模型的變化相對(duì)不敏感，前饋對(duì)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(huì)…
前饋控制不考慮過程變量。它對(duì)已知過程干擾的感知或測量做出反應(yīng)，使其成為補(bǔ)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(jìn)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(jì)準(zhǔn)則可確保在適當(dāng)時(shí)使用前饋控制。前饋控制和反饋控制是獨(dú)立的算法，雙重修正會(huì)導(dǎo)致過程變量超調(diào)，控制性能下降。總之，當(dāng)擾動(dòng)動(dòng)態(tài)非常快且存在PID反饋控制時(shí)，不應(yīng)當(dāng)使用前饋控制。當(dāng)然，如果不存在反饋，則無論擾動(dòng)動(dòng)態(tài)如何，都可以應(yīng)用前饋控制
串級(jí)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(jí)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(shí)間常數(shù)(λ)即可
串級(jí)控制特點(diǎn)：串級(jí)控制有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，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(dāng)副回路的動(dòng)態(tài)比主回路的動(dòng)態(tài)快時(shí)，串級(jí)控制才是有益的；當(dāng)副回路沒有明顯快于主回路時(shí)，除了串級(jí)控制的好處減少之外，兩個(gè)回路之間還存在可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的相互耦…
要實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制，我們必須能夠識(shí)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(jì)目標(biāo)。副過程變量可以選擇排液流量。按串級(jí)控制設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(dòng)影響液位控制，也會(huì)…
遵守串級(jí)控制設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可確保串級(jí)控制設(shè)計(jì)正確，并僅在適當(dāng)?shù)那闆r下使用。前兩項(xiàng)涉及串級(jí)控制的選擇。當(dāng)然，只有當(dāng)單回路控制不能提供可接受的控制性能時(shí)，才有必要進(jìn)行諸如串級(jí)控制之類的改進(jìn)。單回路控制在被控對(duì)象動(dòng)態(tài)速度快、純滯后時(shí)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(jì)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(jí)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(biāo)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(shí)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(duì)象都是積分過程，針對(duì)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(cuò)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(qiáng)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(duì)象，推薦的PID參數(shù)為0.25/20/0
一個(gè)控制回路的設(shè)定值階躍響應(yīng)趨勢圖，也是在進(jìn)行控制回路優(yōu)化時(shí)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(gè)設(shè)定值階躍響應(yīng)趨勢圖蘊(yùn)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(diǎn)是穩(wěn)定的，積分對(duì)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(shí)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(qiáng)的積分作用會(huì)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(shí)間的變化對(duì)自衡對(duì)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(shí)間的變化，無論是翻倍還是減半，自衡對(duì)象設(shè)定值階躍響應(yīng)過程的每一個(gè)曲線都顯著不同
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，任何過程的動(dòng)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(shí)間生產(chǎn)，但是，就像雙胞胎一樣，它們不可避免地會(huì)發(fā)展出獨(dú)特的特點(diǎn)。每個(gè)化工過程的控制方案都有其獨(dú)特性。盡管如此，生產(chǎn)過程確實(shí)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(yán)密，可是由于使用了傳遞函數(shù)和頻域知識(shí)，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(shí)和《PID整定理論與實(shí)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(duì)象的Lambda整定方法可以歸納為：微分不用、積分足夠、比例適當(dāng)表4-1 自衡和積分對(duì)象的特性描述對(duì)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(shí)，過程變量會(huì)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(duì)此類對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)要同時(shí)抑制反向和超調(diào)，給出合理的PID參數(shù)是非常困難的。基于響應(yīng)曲線使用Lambda整定方法是解決這類問題的有效方…
對(duì)于小純滯后被控對(duì)象，選擇最強(qiáng)PID參數(shù)，設(shè)定值階躍變化時(shí)也不會(huì)振蕩。小純滯后對(duì)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(shí)間常數(shù)對(duì)象也不需要使用微分
自衡對(duì)象響應(yīng)曲線，指的是在自衡被控對(duì)象處于穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)控制器輸出做階躍變化后的響應(yīng)曲線。自衡對(duì)象特性計(jì)算需要知道4個(gè)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(duì)應(yīng)的時(shí)間為τ+T的時(shí)間終點(diǎn)，τ+T的時(shí)間起點(diǎn)為控制器輸出開始階躍變化的時(shí)…
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(shí)現(xiàn)回路的非振蕩響應(yīng)。通過選擇一個(gè)期望閉環(huán)時(shí)間常數(shù)來設(shè)置閉環(huán)響應(yīng)速度。不同期望閉環(huán)時(shí)間常數(shù)計(jì)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(gè)閉環(huán)性能參數(shù)λ，簡化Kc和TI的計(jì)算過程，還…
在振蕩控制回路中，重點(diǎn)是要觀察過程變量和PID控制器輸出的峰谷時(shí)間的振蕩相位關(guān)系。如果PID控制器輸出處于峰谷時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，過程變量也差不多同時(shí)處于峰或谷，則可能是比例作用太強(qiáng)引起的。將比例增益減半往往振蕩就會(huì)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(duì)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(duì)偏差的累積消除余差，偏差累積的速度應(yīng)該和被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性時(shí)間常數(shù)相匹…
根據(jù)自衡對(duì)象特性參數(shù)對(duì)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(gè)整定公式。整定公式的比例增益和被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)成正比，和被控對(duì)象的增益、純滯后時(shí)間成反比
如果被控對(duì)象的τ/T=1不變，時(shí)間常數(shù)和純滯后時(shí)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(dú)的τ或者T反映被控對(duì)象控制的難易程度是科學(xué)的。一般當(dāng)τ/T<1時(shí)被控對(duì)象屬于時(shí)間常數(shù)主導(dǎo)對(duì)象，該對(duì)象容易控制穩(wěn)定。當(dāng)τ/T≥1時(shí)被控對(duì)象屬于純滯后主導(dǎo)對(duì)象，該對(duì)…
實(shí)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(qiáng)，設(shè)定值階躍響應(yīng)會(huì)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(shí)間是控制系統(tǒng)閉環(huán)振蕩的根源，大純滯后被控對(duì)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(duì)象特性參數(shù)對(duì)PID參數(shù)的影響，有助于得到科學(xué)的PID參數(shù)整定方法。沒有一個(gè)真正的實(shí)際生產(chǎn)過程可以用一階純滯后模型精確地描述其動(dòng)態(tài)行為，然而，當(dāng)控制器輸出發(fā)生變化時(shí)， 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?jiǎng)討B(tài)特性，因此，…
PID調(diào)節(jié)器的控制目標(biāo)直接理解就是PID調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，控制目標(biāo)決定整定方法。為何這樣說？雖然這個(gè)問題可能看起來很簡單但是非常關(guān)鍵：控制目標(biāo)決定整定方法，這個(gè)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
