过程控制入门（9）| 多变量协调优化
在某些情况下，必须考虑几个过程变量。一个过程变量是主过程变量，但其他过程变量也必须保持在给定的范围内。可以使用选择器来实现这一点。这个想法是使用几个控制器和一个选择器来选择最合适的控制器输出。例如：主过程变量是温度，出于安全原因，我们必须确保压力不超过一定的范围。
超驰控制是进行PID约束控制以优化过程操作并防止异常操作条件的主要方法之一。
在生产中，除了正常控制外，还必须考虑在事故状态下实现安全生产，即当生产操作达到安全极限时，必须采取保护措施。超驰控制系统可以实现这种控制，即将工艺生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到正常控制系统中去，当生产操作趋向限制条件时，由自动选择器将处于热备用状态的控制不安全情况下的控制器投入运行，取代正常工作的控制器，这就是超驰控制系统，它是一种软保护系统。
超驰控制系统中，只有一个最终控制元件，但是有两个过程变量。其中一个常规的过程变量要求一直维持在其设定值，另一个约束过程变量要求维持在一定的操作范围以确保安全。超驰控制策略在配置中使用两个或多个控制器，该配置允许一个控制器采取行动来维持或控制一个过程变量（主控制器），而另一个控制器监视另一个过程变量（约束变量）如果超出约束，则通过选择器选中输出。输出跟踪和积分跟踪模式的使用可以保证过渡过程无扰切换。
超驰保护控制不能替代安全仪表系统，但是提供了一种在不联锁停车的前提下保证装置安全运行的保护机制，可以实现装置安全前提下尽可能保持装置运行的目的，是一种容易被忽略的有效控制策略。
分程控制可以看作是超驰控制的逆。分程控制有一个过程变量和多个最终控制元件。单回路控制的输出一般只控制一个最终控制元件。但是有时候从操作优化的要求综合考虑，可能需要一个过程变量采用两个或两个以上的最终控制元件。如果两个最终控制元件同时接受一个控制回路的输出就是常见的分程控制系统。
1) 扩大最终控制元件可调范围。使用多个较小的最终控制元件实现过程变量的大范围调整，改善控制品质；
2) 同时控制两种介质，满足控制要求。例如储罐压力的放空调节阀和补氮调节阀的分程控制；
3) 满足生产过程不同阶段需要。例如放热化学反应，在反应的初始阶段由于放热不足需要用热水控制快速提升反应温度，在反应正常后由于放热太多需要用冷水控制反应温度，这样在反应不同阶段反应温度需要冷热水分程控制方案。
分程控制主要用于带有逻辑关系的多种控制手段而又具有同一控制目标的过程中，是为协调不同控制手段的动作逻辑而设计的。当控制一个过程变量需要两个以上控制手段时，一般都采用分程控制，如温度控制有冷水、热水。当温度低于某温度时先关冷水阀门，冷水阀位全关后再开热水阀门来恒定系统温度；当温度高于某温度时先关热水阀门，热水阀门全关后再开冷水阀门来恒定系统温度。
分程控制系统本质上仍是一个简单控制系统，但是在进行PID参数整定时要综合考虑两个控制通道的特性，一组控制参数要同时保证使用不同最终控制元件时整个控制回路性能都是能够接受的。分程控制中最常犯的错误就是分程点的选择。当控制器输出不是直接到阀门时分程控制不是合理方案。
有时候在进行最终控制元件选择时需要综合考虑快速性、有效性和经济性，这往往是两类不同的最终控制元件。阀位控制系统就是能够综合考虑快速性、有效性和经济性的一种控制策略。阀位控制系统需要两个控制回路协同工作，分程控制只需要一个控制回路，而且分程控制按固定的优先级顺序操纵最终控制元件。严格意义上，阀位控制系统是一个解决方案和串级控制、超驰控制类似。
阀位控制的基本思想：假设其他地方的变量可以在某个范围内变化或“浮动”。调整这个变量可以使主控制回路输出阀门位置移位而不影响主控制回路性能就可以设计一个PID控制回路，使用这个自由变量来驱动阀门到所需的位置。这个移动必须非常缓慢，并且只影响稳定状态的条件。换句话说，该阀主要用于动态控制，而阀位控制则试图通过影响稳态阀位来减少能量损失或提高可控性。
我们现在非常清晰的把涉及多变量协调的经典复杂控制分为三类：1）被控变量优先级切换的超驰控制；2）操纵变量优先级切换的分程控制；3）操纵变量优先级切换的阀位控制。如果不存在操纵变量饱和或者本质是单入多出/多入单出的系统可能只需要被控变量或者操纵变量的优先级切换算法。分程控制适用于直接到多个最终控制元件，并按固定顺序使用的多操纵变量场合。优先使用分程控制解决多操纵变量协调问题，如果涉及状态串级、快速性和经济性的不同等，就需要使用阀位控制来解决多操纵变量协调。一般来说阀位控制的速度要慢一些更侧重优化。
