PID调优

控制器包含“控制算法”或控制逻辑方程。最常见的控制算法称为PID，它代表比例(P)-积分(I)-导数(D)。

当过程不在设定点时，PID控制器将根据比例、积分和导数项的总和计算输出变化。考虑到流程类型的数组，确定P、I和D的适当设置可能是一项困难的任务。

第一种调谐方法是在1942年由齐格勒和尼科尔斯开发的，被称为四分之一振幅阻尼(QAD)。然而，许多从业者仍然喜欢使用试错法或“根据感觉调整”技术。默认的调优值很多，都写在“黑皮书”中，以备将来参考。比例增益1.0和积分(重置)时间1.0分钟/重复是典型的“好数字”。然而，单靠“感觉”很难达到制造的卓越，需要更科学的方法。

“Lambda调优”是指以响应的环路速度为可选调优参数的所有调优方法。Lambda调优在流程工业中至关重要，因为它是唯一允许以协调的方式执行所有循环调优的方法。Lambda调优方法很简单，由以下步骤组成:

•执行一系列手动碰撞测试，以确定流程响应的类型。碰撞测试通常会揭示出控制元件的缺陷和许多其他需要纠正的问题，以使流程正常工作。

•根据过程要求选择所需的环路响应速度，并应用Lambda调谐方程计算PID控制器增益。

•测试调优执行设定值颠簸。

例如，考虑图1所示的反应器进料问题，其中需要保持试剂比例和反应化学计量常数。通过比率站，液位控制器级联到两个试剂流量控制回路(A和B)的设定值。在示例中，试剂流的目标比率为“A”的68%和“b”的32%。使用QAD和Lambda调优方法对流控制器进行了调优。图2a比较了流量对设定值变化的响应，图2b说明了流量a与流量B的试剂比例。

使用QAD调谐(图2a和2b中的粗红线)，两个回路都振荡，初始超调为50%，流量B比流量a慢。图2b显示，这对试剂a和B的比例造成了显著的干扰。振荡调谐对均匀制造没有任何好处。以这种调整方式运行反应器会导致反应转化效率降低，产品纯度降低，操作约束降低，成本增加。

显然，对这两种流的要求是以非振荡的方式响应，具有完全相同的响应速度。这需要将两个Lambda值设置为完全相等(在本例中为20秒)的Lambda Tuning，如图2a和b(蓝线)所示。在图2a中，瞬态持续约80秒，而流量比绝对恒定(图2b)。这只是多个控制回路的特定响应速度选择如何影响均匀制造的一个例子。

Lambda调优方法的好处是显而易见的:

•该方法在大范围内提供“平滑”控制。

•它允许级联控制策略的协调调谐，回路是交互式的，需要相同的响应时间。

•手动碰撞测试识别将降低控制回路性能的控制元件问题。

Ellen Palmer, ellen.palmer@emersonprocess.com，是艾默生的过程控制顾问

流程管理，EnTech部门，在多伦多。