比例-積分-微分(PID)控制方案是可編程邏輯控制器(PLC)和分布式控制系統 (DCS) 用來控制復雜過程和管理動態工業系統的常用方法。許多可用的在線資源都圍繞著如何控制偏差和Zui小化過程波動的設置和控制回路調諧方法的基本原理展開，包括如何選擇初始增益、何時使用微分控制、如何調整PID以獲得響應時間和減少超調量等。

雖然PID控制對于大多數工業控制應用而言都是不錯的選擇，但有時它不足以處理具有挑戰性或無法歸結為簡單設定值（SP）、過程變量（PV）和控制變量（CV）的系統。有些系統的死區時間較長，即 CV 發生變化到 PV 發生明顯變化所需的時間。在這種情況下，有六種先進策略可以簡化流程，幫助在具有挑戰性的應用中補充 PID控制。

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調諧儀表以獲得更好的PID結果

PID 的 PV 輸入驅動著控制環路其他部分的一切運行。有噪聲的測量會使偏差計算（SP和PV之間的差值）不穩定。

在對輸入和輸出（I/O）進行掃描的單個周期內，如果偏差出現顯著變化或波動，那么微分輸出就比較大，CV會立即沖到Zui小或Zui大值。調整或更換產生噪聲PV的儀表，可以將不穩定的控制回路轉變為性能良好的系統。

02

信號濾波清理PID信息

一些過程參數有噪聲，儀表會準確記錄這些噪聲。處理該噪聲的一種方法是使用信號濾波。這種方法包括對PV使用基于時間的濾波器，并將瞬時信號替換為某個時間段內的平均值。

在選擇濾波方案時，目標應該是在消除噪聲的同時盡可能多地保留有意義的信號。重要的是要記住，PID積分項是對偏差的時間濾波評估，因此應用了兩次濾波。為了控制帶噪聲的PV，一些控制回路的調整過于激進。在這種情況下，減少增益以對PID進行去調諧，將比信號濾波效果更佳。信號濾波可能會對運行人員和控制回路隱藏重要的過程信息，因此要謹慎使用。

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級聯控制，使用一個PID來控制另一個PID

控制高難度PV的另一種方法，是使用一個PID來控制另一個PID，這被稱為級聯PID控制。高優先級PV被饋送到低速主PID，該主PID將動態SP發送到快速二級PID，該二級PID控制不同的二級PV，然后通過過程交互影響主PV。例如，蒸汽熱交換器的壓力是一個快速變化的屬性，可以通過調節來控制流出熱交換器的流體的慢速溫度。通過控制次級PV（壓力），可以使初級PV（溫度）更快地達到其SP值，并使其保持在SP值上，幾乎不會出現直接使用單個PID控制溫度所產生的振蕩。

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前饋控制：基于未來預期的變化

有時，控制系統設計者準確地知道：CV變化時PV將如何反應，他們可以將這些知識編碼到控制策略中。這就是廣泛使用的前饋。PID系統基本上是一種反饋方案，在CV發生變化，測量由此產生的PV變化以計算新的偏差項。在前饋中，控制邏輯使用CV變化來計算誤差項的預期變化，并將其用于 PID邏輯。

許多現代PID控制邏輯對象都包含一個前饋項的輸入，它通常有自己的增益調整常數。通常情況下，如果比例-積分 (PI) 控制器出現問題，zuihao的改進方法是增加一些前饋項，而不是增加微分控制，前提是能找到合適的前饋變量。

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增益調度有時可以幫助PID

對于在預定運行范圍內是非線性的過程，如果運行范圍內的每一段基本上都是線性響應，那么PID控制仍然是一種選擇。可以為每個分段確定比例、積分和微分增益，然后在PID對象中進行編程，以便在流程沿不同線性域移動時對其進行更改。這通常稱為增益調度。

在進行增益調度時要謹慎，要特別注意增益區間的界限。如果該過程經常在邊界附近運行，則應考慮更改增益調度，以避免在增益之間頻繁切換。

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模型預測控制可利用控制器的強大功能

現代PLC和DCS中使用更快的中央處理單元（CPU）。有些人可能還記得，為了避免控制器出現故障或跳過例程，人們曾煞費苦心地管理控制器內存使用率和時鐘周期。現在，控制器的CPU具有驚人的計算能力，這開啟了被稱為模型預測控制（MPC）的控制方案創新。在MPC中，控制系統工程師與物理過程方面的專家合作，為物理過程設計一個數學模型，并將其置于控制器中。這種實時過程模型使控制邏輯能夠預測不同CV設置下所有相關的PV變化。這些預測用于確定實現整體工藝過程狀態所需的zuijiaCV更改。

對于控制復雜過程或動態工業系統而言，基本的PID控制通常就足夠了，但它絕不是唯一可用的工具。有許多不同的選項可用于控制這些過程和系統。將這些選項以各種方式組合起來，就能實現操作人員和生產需求所要求的結果。當一個工藝似乎注定要振蕩，并需要操作人員持續、積極地監督時，可以考慮這里介紹的先進控制策略。它們可以將Zui具挑戰性的過程，轉變為平穩運行設施中可靠、高正常運行時間、幾乎不出問題的部分。