认识PID(完)| 单变量过程控制的尽头是PID!


系列篇:

认识PID(1)| 何为自动控制?

认识PID(2)| 何为反馈?

认识PID(3)| 为什么需要PID算法?

认识PID(4)| 为什么控制回路中过多的比例增益会使其不稳定?

认识PID(5)| 何为积分作用?

认识PID(6)| 何为微分作用?

认识PID(7)| APC将替代PID?

认识PID(8)| 如何辨识响应曲线?

认识PID(9)| 如何使用Lambda整定方法?

01

PID是仿人的智能控制器

反馈控制是生命的核心特征,在自然界和工程上普遍存在。虽然PID看起来只是一个线性控制器,但是PID其实反映了人发现问题、形成决策的行为,比例积分和微分,对应了人的联想、记忆和预测能力,所以PID是仿人的智能控制器。

02

PID到底行不行?

另外,PID在工业应用过程中随着问题的需要形成了一种思想。PID形式的改进包括不完全微分、抗积分饱和、2自由度、变增益、死区等。而且通过前馈、分程改进提升了PID算法的性能和适用范围。最后多个PID组合配合工作也能解决很多更复杂的控制问题,例如串级控制、超驰控制、阀位控制等。从控制的角度看PID一定行。

在流程工业中,作为人造的大型生产装置。在设计阶段就要考虑可操作性,操作人员可以操作的对象,一般说来PID一定能够胜任。这个能力对企业来说已经足够了,对高级算法,我认为流程工业界要谨慎。因为一般说来,算法不是解决过程控制问题的关键,对工艺需求的本质理解才是。

在快速过程而且性能和效益直接关联的运动控制中,由于性能已经远远超过了人类能力的极限,必须依靠先进的算法,保证系统的快速和准确。对被控对象进行深入的分析,设计针对性的控制算法往往是必须的。

虽然都说PID不行,但是情形并不一样。学术界在算力充分发展的今天,通过算法的改进挖掘设备极限能力的思想,要求学术界必须对简单的PID算法保持足够的谨慎。工业界虽然没有找到一种可以替代PID的算法,但是使用PID也解决不了现场的实际问题,问题依旧PID只好做一个背锅侠。因为一个控制问题不能解决,工艺人员说人可以操作的非常好、设备人员说设备良好、仪表人员说仪表正常。作为闭环控制回路的一部分PID,最终往往会获得一个PID能力有限的名声。使用高级算法替代PID逐渐也成为工业界的主流。

学术界认为PID不行没有错,但是工业界一定要对新算法保持谨慎。因为现代控制理论发展以后,新算法虽然层出不穷,但是在工业界真正产生普遍影响的,只有模型预测控制。PID在某些具体工业过程控制案例中效果欠佳,这只是相关性不是因果性。大部分的控制问题,可以通过PID参数整定获得满意的效果,剩下的控制问题可以通过PID形式的改进,或者重新理解工艺本质,设计新的控制方案获得改进。

03

如何用好PID?

工业过程中,被控对象简单的PID够用,被控对象复杂但是控制要求低的PID也够用,被控对象复杂但是要求比较高的使用变结构的多PID能够解决。剩下的复杂多变量变约束优化才是真正的难题。先把当前的控制问题都解决好,装置的自动化水平非常高了,研究应用新的高级算法才有意义。当前提升装置自动化的重点一定在如何用好PID上。

高级算法需要有高水平的工程师开发和维护。因为现场的自动化提升工作,本质上是持续改进,做成一个项目后期维护跟不上,好的性能很难长期维持。不强调对过程的洞察力和对工艺需求的本质理解,关心算法的先进性和概念,不能解决实际问题,这是高级算法推广普及比较慢的根本原因。不能为了炫耀锄头忘记自己是种地的。

会Lambda整定方法,理解工艺需求本质,设计合理控制方案是最重要的两件事情。所以工程师应该认为PID一定行,不行是自己的认知能力不够。

现场情况的不确定性、PID的鲁棒性和合适的控制要求再加上结构化的工程思维赋予了PID持续的生命力。

没有什么过程控制问题是一个PID解决不了的,如果有那就两个。

如果宇宙的尽头是铁岭,单变量过程控制的尽头则是PID。

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