過程控制
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(jiǎn)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(cè)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(cè)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(cè)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(shì)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(shì)圖。這類趨勢(shì)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(shì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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
PID參數(shù)整定是指根據(jù)所用PID算法、過程開環(huán)動(dòng)態(tài)和所需閉環(huán)性能確定PID參數(shù)的工作過程。高效地找到理想的比例增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間就是我們所說的最優(yōu)PID參數(shù)整定，最優(yōu)性能的PID參數(shù)可能是一個(gè)區(qū)域
為方便大家深入了解PID算法，快速掌握PID參數(shù)整定方法，昌暉儀表在本文分享PID形式、兩自由度PID、不完全微分、積分飽和和變比例增益PID方面的專業(yè)知識(shí)，希望對(duì)你有所幫助
PID控制器是目前過程工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類控制器，因此，對(duì)PID控制器參數(shù)之間的相互作用和影響控制的基本理解非常重要。P、I、D三個(gè)字母分別代表比例(proportional)作用、積分(integral)作用和微分(derivative)作用三類控制單元，是這三個(gè)英文單詞的首字母
本文附上由萬斯在《PID：控制領(lǐng)域的常青樹》中記錄的PID控制器大事記
19世紀(jì)后半葉至20世紀(jì)初，反饋控制器已經(jīng)被大量應(yīng)用。埃爾默斯佩里(1860-1930年)敏銳地注意到人進(jìn)行控制調(diào)節(jié)時(shí)不是簡(jiǎn)單地采用開關(guān)控制，而是綜合運(yùn)用了預(yù)測(cè)、當(dāng)過程變量接近設(shè)定值時(shí)撤出控制以及當(dāng)存在持續(xù)偏差時(shí)進(jìn)行小幅度調(diào)節(jié)、緩慢控制等方法。斯佩里1911年設(shè)計(jì)出了采用較為…
飛球式調(diào)速器被認(rèn)為是控制發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，飛球式調(diào)速器并不是瓦特發(fā)明的。關(guān)于應(yīng)用離心力控制速度，科學(xué)家惠更斯(1629-1695年)和胡克(1635-1703年)都曾鉆研過并設(shè)計(jì)了利用離心力控制速度的裝置
PID控制器在所有使用控制的領(lǐng)域都能找到，是集散控制系統(tǒng)(DCS)的重要組成部分。許多專用控制系統(tǒng)中也嵌入了PID控制器。PID控制常常與邏輯控制、順序控制、選擇器和簡(jiǎn)單的功能塊相結(jié)合，構(gòu)成用于能源生產(chǎn)、輸送和制造的復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)。許多復(fù)雜的控制策略，如多變量模型預(yù)測(cè)控…
優(yōu)閉環(huán)響應(yīng)意味著閉環(huán)穩(wěn)定前提下的最強(qiáng)控制，閉環(huán)系統(tǒng)使用的PID參數(shù)是魯棒性和性能俱佳的最強(qiáng)參數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中控制作用可以減弱，不可以再增強(qiáng)了。閉環(huán)響應(yīng)具有過程變量有超調(diào)無振蕩的特性則基本接近最優(yōu)
系統(tǒng)設(shè)定值階躍變化響應(yīng)是回路控制性能評(píng)估的主要依據(jù)。系統(tǒng)過渡過程評(píng)估主要以超調(diào)量、衰減比、余差、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、過渡時(shí)間和振蕩周期幾個(gè)品質(zhì)指標(biāo)為依據(jù)來進(jìn)行
進(jìn)行控制系統(tǒng)的性能評(píng)估，應(yīng)該包括系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性(系統(tǒng)過渡過程)兩方面的分析。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的分析主要是使用統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)，計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)的算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、自相關(guān)系數(shù)等指標(biāo)，綜合判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析主要針對(duì)系統(tǒng)面對(duì)擾動(dòng)或需要過程變量變化時(shí)的各…
如果控制回路已經(jīng)閉環(huán)，可以根據(jù)設(shè)定值階躍變化時(shí)PID控制器輸出的變化確定被控對(duì)象是自衡對(duì)象還是積分對(duì)象。設(shè)定值階躍變化并穩(wěn)定后，如果PID控制器輸出和設(shè)定值階躍變化前有明顯變化就是自衡對(duì)象；如果PID控制器輸出和設(shè)定值階躍變化前變化不大就是積分對(duì)象
實(shí)際工業(yè)過程絕大部分都可以分為兩種類型：自衡過程和積分過程。不同類型過程需要不同的PID參數(shù)整定方法，其他更復(fù)雜的過程類型在實(shí)際生產(chǎn)過程中非常少見，本文沒有更多涉及
過程作用很重要，因?yàn)樗鼘Q定控制器的作用。正作用過程需要反作用PID控制器；相反，反作用過程需要正作用PID控制器。PID控制器必須是過程的鏡像。如果把正作用控制器放在正作用過程的控制回路中，整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)就形成了正反饋，一定會(huì)失控
過程階次是一個(gè)重要的概念，因?yàn)樗枋隽诉^程如何響應(yīng)PID控制器輸出作用。幸運(yùn)的是，我們不需要鉆研數(shù)學(xué)知識(shí)來獲得實(shí)際過程的階次，只需對(duì)過程進(jìn)行階躍測(cè)試，過程階躍響應(yīng)曲線會(huì)告訴我們所需要的信息
只要根據(jù)一定規(guī)則對(duì)過程變量產(chǎn)生影響就是控制。根據(jù)這個(gè)影響是否和過程變量本身有關(guān)，可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制
在控制系統(tǒng)等計(jì)算機(jī)高精度控制普及應(yīng)用、控制理論發(fā)展完善、工藝過程日趨復(fù)雜的今天，源于1973年的傳統(tǒng)PID參數(shù)整定口訣已經(jīng)不能滿足PID工程整定的要求，為了方便大家理解PID參數(shù)整定的相關(guān)知識(shí)，我們嘗試重新整理了一個(gè)實(shí)用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的新PID參數(shù)整定口訣分享給大家
通過工藝、設(shè)備、儀表、控制的一起努力解決穩(wěn)定問題，要通過多變量協(xié)調(diào)約束優(yōu)化、機(jī)理模型優(yōu)化和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化來解決優(yōu)化問題。一定要步步為營(yíng)先完成第一步，基礎(chǔ)不牢地動(dòng)山搖。第一步關(guān)系安全、人效和效率，沒有完成第一步其他美好的理想就照不進(jìn)現(xiàn)實(shí)
PID是為了解決單變量強(qiáng)因果關(guān)系的控制問題。通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)也能解決部分比較簡(jiǎn)單的多變量協(xié)調(diào)約束優(yōu)化問題。但是多變量的控制方案設(shè)計(jì)一直是過程控制藝術(shù)性最強(qiáng)的部分，這增加了對(duì)工程師的技能要求。而借助先進(jìn)控制再依靠知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)這個(gè)問題可以優(yōu)雅地實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制的不好，原因到底是什么？有的設(shè)備自動(dòng)化水平很高，還有改進(jìn)的必要？如何評(píng)價(jià)一個(gè)控制方案的優(yōu)劣？其實(shí)沒有完美的方案只有持續(xù)改進(jìn)的方案。控制方案評(píng)價(jià)可以通過三個(gè)方面進(jìn)行：滿足要求、簡(jiǎn)單高效、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)等級(jí)保護(hù)2.0三級(jí)的設(shè)計(jì)要求，昌暉儀表以石油化工行業(yè)的工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)加固為例，通過對(duì)石油化工工控系統(tǒng)主機(jī)安全防護(hù)、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)、綜合審計(jì)運(yùn)維等多方面實(shí)施網(wǎng)絡(luò)安全加固，為石油化工工控系統(tǒng)建立一套基本的工控網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行
