?STR?M談PID的未來
2023年01月03日 19:06:47
來源：云南昌暉儀表制造有限公司 >> 進入該公司展臺
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反饋是一個非常強大的想法。它的使用通常會帶來革命性的效果，使性能得到極大的改善，例如，參見Bennett (1979，1993)。盡管反饋本身往往能帶來真正的好處，而所使用的反饋的特定形式在很大程度上是不相關(guān)的，但這種反饋的特定形式往往會得到好評。到目前為止，PID控制器是目前使用的最主要的反饋形式。所有控制回路90%以上是。大多數(shù)回路實際上是PI，因為微分動作并不經(jīng)常使用。積分、比例和微分反饋是基于過去(I)、現(xiàn)在(P)和將來(D)的控制偏差。如此簡單的策略能取得多大的成就，令人驚訝。
的一個優(yōu)點是它還處理重要的實際問題，如執(zhí)行器飽和積分器飽和。因此，PID控制器是自動控制的基礎(chǔ)。這是使用反饋時應(yīng)該嘗試的個解決方案。
PID控制器用于廣泛的問題:過程控制、電機驅(qū)動、磁和光存儲器、汽車、飛行控制、儀器儀表等。控制器有許多不同的形式，如標(biāo)準(zhǔn)單回路控制器、可編程邏輯控制器和分布式控制系統(tǒng)中的軟件組件、機器人和光盤播放器中的內(nèi)置控制器。
雖然PID控制器一直很重要，但實際上它只受到理論家的部分關(guān)注。因此，許多重要的問題在文獻中沒有得到很好的記載。其結(jié)果是，當(dāng)技術(shù)從氣動、電氣轉(zhuǎn)向數(shù)字時，許多錯誤被重復(fù)出現(xiàn)。然而，在過去的十年里，人們的興趣越來越大。一個原因是自動整定的出現(xiàn)，另一個原因是模型預(yù)測控制的使用增加，需要底層良好整定的PID控制器。大多數(shù)關(guān)于單回路控制的論文仍然使用Ziegler–Nichols整定作為基準(zhǔn)的PID控制器。這是一個非常不令人滿意的情況，因為在許多情況下給出了非常差的結(jié)果。
模型預(yù)測控制通常用于監(jiān)控模式，在基礎(chǔ)級別使用PID控制器。流程工業(yè)中MPC的大部分改進實際上來自基礎(chǔ)回路的改進調(diào)整。然而，由于它提供的協(xié)調(diào)性，MPC確實為多變量系統(tǒng)的設(shè)定值響應(yīng)提供了顯著的改進。有幾個有趣的問題與MPC和PID的集成有關(guān)。內(nèi)回路中的PID控制器的調(diào)整為MPC提供了有價值的建模信息。由于MPC以監(jiān)控模式運行，它可以很好地處理緩慢的耦合。更底層的PID回路仍然必須管理快速耦合。
另一個問題是處理復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計的一般哲學(xué)。自下而上的方法傾向于使用簡單的構(gòu)件，如PID控制器。在這種情況下，看看如何增強PID控制器是很有趣的。通過采用具有結(jié)構(gòu)，可以顯著提高設(shè)定值響應(yīng)。必須特別考慮以這種方式有效使用的PID控制器。特別重要的是，控制器輸出可用于前饋，以便正確處理執(zhí)行器飽和積分飽和。
通過正確使用前饋可以進行更多的改進。其他可能性是增加濾波器和模塊，用于處理測量噪聲和具有振蕩模式的系統(tǒng)。在開發(fā)自下而上設(shè)計技術(shù)的好方法時，有許多好的研究問題。探索系統(tǒng)耦合是一個重要的問題。
即使其他控制策略的應(yīng)用增加，PID控制也一定會繼續(xù)使用。如果使用得當(dāng)，這是一種非常有效的反饋方式。如果性能要求不，通常可以獲得良好的結(jié)果。PID控制器還將在更復(fù)雜的控制器中充當(dāng)構(gòu)建模塊。事實上，大多數(shù)DMC控制器將設(shè)定值傳遞給PID控制器。這些PID控制器的良好性能至關(guān)重要。DMC控制的許多調(diào)試工作實際上包括整定底層的PID回路。在史密斯預(yù)估器、增益調(diào)度和振蕩系統(tǒng)濾波器的形式中，也有對PID控制的有用的增強。
重要的是要認識到存在非常廣泛的控制問題，因此也需要廣泛的整定技術(shù)。已經(jīng)有許多整定方法可用，但早就應(yīng)該出現(xiàn)了。很容易證明，任何具有合理整定的控制器都將優(yōu)于具有Ziegler–Nichols整定的PID。如果將所提出的許多策略與良好調(diào)節(jié)的PID相比較，它們可以很容易地被排除。
作者：?STR?M
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