在解决复杂问题时,人类解决问题的思路是:按时间、空间、性能等各种维度将复杂问题分离成简单问题,逐个解决简单问题并最终解决总体问题。
反馈控制是人类找到的,在被控对象具有非线性和不确定性情况下,低成本获得满意动态性能的方法。这也是自然和生物,在负反馈和循环因果率控制下的目的性行为。通过两个系统的交互作用改良原系统。 在反馈控制中,使用PID最简单的线性三参数控制算法能解决大部分控制问题。在反馈框架下,解决过程控制的最简单形式就是单回路PID。在过程控制中,把复杂的过程控制分离成简单问题的至简形式就是单回路配对。这也能解释为什么在过程控制工程中,单回路PID的控制方案普遍存在。
复杂控制可以看作为了解决问题进行的PID模块化组合,模块化构件包括PID,逻辑处理。前馈控制对PID输出作了抗扰增强。分程控制对PID输出作了逻辑切割扩展。选择性控制和推断控制是对PID输入作了重构以简化问题。超驰控制则是对两个PID输出作了优先级逻辑处理。串级控制则使用两个PID实现性能提升。阀位控制虽然形式上是两个单回路,但是这两个单回路属于互相配合的嵌套回路。一个回路的投用生效依赖于另一个回路的嵌套回路也是一种复杂控制形式。
复杂控制既有对输入输出做处理的形式,也有使用多个PID互相配合的形式。这些复杂控制方案往往是控制系统的标准模块。如果进一步组合使用也可以处理更复杂的多变量控制问题。
单回路成为过程控制工程思维的终极形态,原因包括在人造系统设计的时候的控制方案就是单回路,人类解决问题的思路也是先把复杂问题变成简单问题,单回路是工程师掌握和擅长的反馈控制形式。
工程师首先要把单回路PID用好,这要靠正确的进行参数整定和组态。然后要把缺少的控制方案加到系统中,这要靠操作分析。如果控制方案还是不能奏效,则可能需要理解问题本质重新设计方案。
过于复杂和需要条件的控制策略,如果使用人员不能理解,往往得不到长期应用。效果欠佳,理解困难是高级应用的常见问题。至简形式考虑综合效果可能比至优更重要。
要对单回路PID解决过程控制有信心,这部分工作大部分企业都落实的不太好,整定和组态的执行力不够是主要原因。生产过程自动化和操作管理是低垂的果实,也是高级应用的基础,应该对这个工作足够重视。
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