PID的參數(shù)整定

搞自動(dòng)化的人，許多人對如何整定PID參數(shù)感到比較迷茫。這個(gè)東西其實(shí)一點(diǎn)都不高深，上過初中的人，只要受過嚴(yán)格訓(xùn)練，都可以成為整定參數(shù)的好手。什么？初中生理解積分微分的原理么？恩，初中生沒有學(xué)過微積分，可是一旦你給他講清楚微積分的物理意義，然后認(rèn)真訓(xùn)練判斷曲線的習(xí)慣和能力，完全可以掌握好PID的參數(shù)整定。

什么是PID

要弄清楚怎樣定量之前，我們先要理解一個(gè)最基本的概念：調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器是干什么的？調(diào)節(jié)器就是人的大腦，就是一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心。任何一個(gè)控制系統(tǒng)，只要具備了帶有PID的大腦或者說是控制方法，那它就是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。如果沒有帶PID的控制方法呢？那可不一定不是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因?yàn)楹髞碛钟楷F(xiàn)各種控制思想。比如時(shí)下研究風(fēng)頭最勁的模糊控制，以前還有神經(jīng)元控制等等；后來又產(chǎn)生了具有自組織能力的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，說白了也就是自動(dòng)整定參數(shù)的能力；還有把模糊控制，或者神經(jīng)元控制與PID結(jié)合在一起應(yīng)用的綜合控制等等。在后面咱們還會有介紹。咱們這個(gè)文章，只要不加以特殊說明，都是指的是傳統(tǒng)的PID控制。可以這樣說：凡是具備控制思想和調(diào)節(jié)方法的系統(tǒng)都叫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。而放置最核心的調(diào)節(jié)方法的東西叫做調(diào)節(jié)器。
基本的調(diào)節(jié)器具有兩個(gè)輸入量：被調(diào)量和設(shè)定值。被調(diào)量就是反映被調(diào)節(jié)對象的實(shí)際波動(dòng)的量值。比如水位溫度壓力等等；設(shè)定值顧名思義，是人們設(shè)定的值，也就是人們期望被調(diào)量需要達(dá)到的值。被調(diào)量肯定是經(jīng)常變化的。而設(shè)定值可以是固定的，也可以是經(jīng)常變化的，比如電廠的AGC系統(tǒng)，機(jī)組負(fù)荷的設(shè)定值就是個(gè)經(jīng)常變化的量。
基本的調(diào)節(jié)器至少有一個(gè)模擬量輸出。大腦根據(jù)情況運(yùn)算之后要發(fā)布命令了，它發(fā)布一個(gè)精確的命令讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)去按照它的要求動(dòng)作。在大腦和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手）之間還會有其他的環(huán)節(jié)，比如限幅、伺服放大器等等。有的限幅功能做在大腦里，有的伺服放大器做在執(zhí)行機(jī)構(gòu)里。
上面說的輸入輸出三個(gè)量是調(diào)節(jié)器最重要的量，其它還有許多輔助量。比如為了實(shí)現(xiàn)手自動(dòng)切換，需要自動(dòng)指令；為了安全，需要偏差報(bào)警等等。這些可以暫不考慮。為了思考的方便，咱們只要記住這三個(gè)量：設(shè)定值、被調(diào)量、輸出指令。
事實(shí)上，為了描述方便，大家習(xí)慣上更精簡為兩個(gè)量：輸入偏差和輸出指令。輸入偏差是被調(diào)量和設(shè)定值之間的差值，這就不用羅嗦了吧？

回到剛才的提問：什么是PID？

P就是比例，就是輸入偏差乘以一個(gè)系數(shù)；
I就是積分，就是對輸入偏差進(jìn)行積分運(yùn)算；
D就是微分，對輸入偏差進(jìn)行微分運(yùn)算。

就這么簡單。很多年后，我還始終認(rèn)為：這個(gè)理論真美！
這個(gè)方法的發(fā)明人似乎是尼可爾斯（Nichols）。我手頭沒有更多資料，不能確定是不是尼可爾斯發(fā)明的?？墒荘ID參數(shù)的整定方法確實(shí)是他做的。

其實(shí)這個(gè)方法已經(jīng)被廣大系統(tǒng)維護(hù)者所采用，淺白一點(diǎn)說，就是先把系統(tǒng)調(diào)為純比例作用，然后增強(qiáng)比例作用讓系統(tǒng)震蕩，記錄下比例作用和震蕩周期，然后這個(gè)比例作用乘以0.6，積分作用適當(dāng)延長。雖然本文的初衷是力圖避免繁瑣的計(jì)算公式，而用門外漢都能看懂的語言來敘述工程問題，可是對于最基本的公式還要涉及以下的，況且這個(gè)公式也很簡單，感興趣的看一下，不感興趣的可以不看哈。公式表達(dá)如下：

Ｋｐ＝０．６*Ｋｍ

Ｋｄ＝Ｋｐ*π／4*ω

Ｋｉ＝Ｋｐ*ω／π

Ｋｐ為比例控制參數(shù)

Ｋｄ為微分控制參數(shù)

Ｋｉ為積分控制參數(shù)

Ｋｍ為系統(tǒng)開始振蕩時(shí)的比例值；

ω為極坐標(biāo)下振蕩時(shí)的頻率

這個(gè)方法只是提供一個(gè)大致的思路，具體情況要復(fù)雜得多。比如一個(gè)水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，微分作用可以取消，積分作用根據(jù)情況再調(diào)節(jié)；還有的系統(tǒng)超出常人的理解，某些參數(shù)可以設(shè)置得非常大或者非常小。具體調(diào)節(jié)方法咱們后面會專門介紹。微分和積分對系統(tǒng)的影響狀況后面也會專門分析。

幾個(gè)基本感念

單回路：就是指有一個(gè)PID的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
串級：一個(gè)PID不夠用怎么辦？把兩個(gè)PID串接起來，形成一個(gè)串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。又叫雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在第三章里面，咱們還會更詳細(xì)的講解串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在此先不作過多介紹。
正作用：比方說一個(gè)水池有一個(gè)進(jìn)水口和一個(gè)出水口，進(jìn)水量固定不變，依靠調(diào)節(jié)出水口的水量調(diào)節(jié)水池水位。那么水位如果高了，就需要調(diào)節(jié)出水量增大，對于PID調(diào)節(jié)器來說，輸出隨著被調(diào)量增高而增高，降低而降低的作用，叫做正作用。
負(fù)作用：還是這個(gè)水池，我們把出水量固定不變，而依靠調(diào)節(jié)進(jìn)水量來調(diào)節(jié)水池水位。那么如果水池水位增高，就需要關(guān)小進(jìn)水量。對于PID調(diào)節(jié)器來說，輸出隨著被調(diào)量的增高而降低的作用叫做負(fù)作用。
動(dòng)態(tài)偏差：在調(diào)節(jié)過程中，被調(diào)量和設(shè)定值之間的偏差隨時(shí)改變，任意時(shí)刻兩者之間的偏差叫做動(dòng)態(tài)偏差。簡稱動(dòng)差。
靜態(tài)偏差：調(diào)解趨于穩(wěn)定之后，被調(diào)量和設(shè)定值之間還存在的偏差叫做靜態(tài)偏差。簡稱靜差。
回調(diào)：調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)作用顯現(xiàn)，使得被調(diào)量開始由上升變?yōu)橄陆担蛘哂上陆底優(yōu)樯仙?/p>

PID整定中的P

所謂的P，就是比例作用，就是把調(diào)節(jié)器的輸入偏差乘以一個(gè)系數(shù)，作為調(diào)節(jié)器的輸出。

溫習(xí)一下：調(diào)節(jié)器的輸入偏差就是被調(diào)量減去設(shè)定值的差值。

一般來說，設(shè)定值不會經(jīng)常改變，那就是說：當(dāng)設(shè)定值不變的時(shí)候，調(diào)節(jié)器的輸出只與被調(diào)量的波動(dòng)有關(guān)。那么我們可以基本上得出如下一個(gè)概念性公式：

輸出波動(dòng)=被調(diào)量波動(dòng)*比例增益

注意，這只是一個(gè)概念性公式，而不是真正的計(jì)算公式。咱們弄個(gè)概念性公式的目的在于：像你我這樣的聰明人，不屑于把精力用在考證那些繁瑣的公式上面，我們關(guān)注什么呢？我們關(guān)注的是公式內(nèi)部的深層含義。呵呵。我們就來努力挖掘它的深層含義。

通過概念性公式，我們可以得到如下結(jié)論，對于一個(gè)單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，單純的比例作用下：

輸出的波形與被調(diào)量的波形完全相似。

純比例作用的曲線判斷其實(shí)就這么一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。一句話簡述：被調(diào)量變化多少，輸出乘以比例系數(shù)的積就變化多少?；蛘哒f：被調(diào)量與輸出的波形完全相似

為了讓大家更深刻理解這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，咱們弄幾個(gè)輸出曲線和被調(diào)量曲線的推論：

1、對于正作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，頂點(diǎn)、谷底均發(fā)生在同一時(shí)刻。

2、對于負(fù)作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量的頂點(diǎn)就是輸出的谷底，谷底就是輸出的頂點(diǎn)。

3、對于正作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量的曲線上升，輸出曲線就上升；被調(diào)量曲線下降，輸出曲線就下降。兩者趨勢完全一樣。

4、對于負(fù)作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量曲線和輸出曲線相對。

5、波動(dòng)周期完全一致。

5、只要被調(diào)量變化，輸出就變化；被調(diào)量不變化，不管靜態(tài)偏差有多大，輸出也不會變化。

上面5條推論很重要，請大家牢牢記住。記住不記住其實(shí)沒有關(guān)系，只要你能把它溶化在你的思想里也行。

溶化了么？那我出個(gè)思考題：

1、被調(diào)量回調(diào)的時(shí)候，輸出必然回調(diào)么？

2、被調(diào)量不動(dòng)，設(shè)定值改變，輸出怎么辦？

3、存在單純的比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)么？

4、純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)會消除靜差么？

第一條回答：是。

第二條回答：相當(dāng)于被調(diào)量朝相反方向改變。你想啊，調(diào)節(jié)器的輸出等于輸入偏差乘以一個(gè)系數(shù)，設(shè)定值改變就相當(dāng)于設(shè)定值不變被調(diào)量突變。對吧？

第三條回答：是。在電腦出現(xiàn)之前，還沒有DCS，也沒有集中控制系統(tǒng)。為了節(jié)省空間和金錢，對于一些最簡單的有自平衡能力的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，比如水池水位，就用一個(gè)單純的比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成調(diào)節(jié)。

第四條回答：否。單純的比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以讓系統(tǒng)穩(wěn)定，可是他沒有辦法消除靜態(tài)偏差。那么怎么才能消除靜態(tài)偏差呢？依靠積分調(diào)節(jié)作用。

PID中的I

I就是積分作用。
一句話簡述：如果調(diào)節(jié)器的輸如偏差不等于零，就讓調(diào)節(jié)器的輸出按照一定的速度一直朝一個(gè)方向累加下去。
積分相當(dāng)于一個(gè)斜率發(fā)生器。啟動(dòng)這個(gè)發(fā)生器的前提是調(diào)節(jié)器的輸如偏差不等于零，斜率的大小與兩個(gè)參數(shù)有關(guān)：輸入偏差的大小、積分時(shí)間。
在許多調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，規(guī)定單純的比例作用是不存在的。它必須要和比例作用配合在一起使用才有意義。我不知道是不是所有的系統(tǒng)都有這么一個(gè)規(guī)定，之所以說是個(gè)規(guī)定，是因?yàn)椋瑥脑砩现v，純積分作用可以存在，但是很可能沒有實(shí)用意義。這里不作過分的空想和假設(shè)。為了分析方便，咱們把積分作用剝離開來，對其作單純的分析。
那么單純積分作用的特性總結(jié)如下：
1、 輸出的升降與被調(diào)量的升降無關(guān)，與輸入偏差的正負(fù)有關(guān)。
2、 輸出的升降與被調(diào)量的大小無關(guān)。
3、 輸出的斜率與被調(diào)量的大小有關(guān)。
4、 被調(diào)量不管怎么變化，輸出始終不會出現(xiàn)節(jié)躍擾動(dòng)。
5、 被調(diào)量達(dá)到頂點(diǎn)的時(shí)候，輸出的變化趨勢不變，速率開始減緩。
6、 輸出曲線達(dá)到頂點(diǎn)的時(shí)候，必然是輸入偏差等于零的時(shí)候。

PID中的D

D就是微分作用。單純的微分作用是不存在的。同積分作用一樣，我們之所以要把微分作用單獨(dú)隔離開來講，就是為了理解的方便。
一句話簡述：被調(diào)量不動(dòng)，輸出不動(dòng)；被調(diào)量一動(dòng)，輸出馬上跳。
根據(jù)微分作用的特點(diǎn)，咱們可以得出如下曲線的推論：
1、 微分作用與被調(diào)量的大小無關(guān)，與被調(diào)量的變化速率有關(guān)；
2、 與被調(diào)量的正負(fù)無關(guān)，與被調(diào)量的變化趨勢有關(guān)；
3、 如果被調(diào)量有一個(gè)，就相當(dāng)于輸入變化的速度無窮大，那么輸出會直接到最小或者最大；
4、 微分參數(shù)有的是一個(gè)，用微分時(shí)間表示。有的分為兩個(gè)：微分增益和微分時(shí)間。微分增益 表示輸出波動(dòng)的幅度，搏動(dòng)后還要輸出回歸，微分時(shí)間表示回歸的快慢。見圖4，KD是微分增益，TD是微分時(shí)間。
5、 由第4條得出推論：波動(dòng)調(diào)節(jié)之后，輸出還會自動(dòng)拐回頭。

比例作用：輸出與輸入曲線相似。
積分作用：只要輸入有偏差輸出就變化。
微分作用：輸入有抖動(dòng)輸出才變化，且會猛變化。

比例積分作用，就是在被調(diào)量波動(dòng)的時(shí)候，純比例和純積分作用的疊加，簡單的疊加。

我們在整定系統(tǒng)的時(shí)候，要有這么一個(gè)觀念：比例積分微分三個(gè)參數(shù)的大小都不是絕對的，都是相對的。切不可以為我發(fā)現(xiàn)一個(gè)參數(shù)比較合適，就把這個(gè)參數(shù)固定死，不管別的參數(shù)怎么變化，永遠(yuǎn)不動(dòng)前面固定的參數(shù)。這樣的整定是機(jī)械的整定，要不得的。我們要在多個(gè)參數(shù)之間反復(fù)權(quán)衡，既要把握原則性，又要學(xué)會靈活性。

PID參數(shù)整定的質(zhì)量指標(biāo)

教科書里說的指標(biāo)早就忘了，相關(guān)規(guī)定里面說的指標(biāo)也沒工夫細(xì)看。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，這幾個(gè)指標(biāo)需要重視：
1、衰減率：大約為0.75最好。好的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用俗話說“一大一小兩個(gè)波”最好。用數(shù)學(xué)方法表示出來，就是合適的衰減率。
2、最大偏差：一個(gè)擾動(dòng)來臨之后，經(jīng)過調(diào)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定后，被調(diào)量與設(shè)定值的最大偏差。一個(gè)整定好的穩(wěn)定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一般第一個(gè)波動(dòng)最大，因?yàn)椤耙淮笠恍蓚€(gè)波”，后面就趨于穩(wěn)定了。如果不能趨于穩(wěn)定，也就是說不是穩(wěn)態(tài)，那就談不上調(diào)節(jié)質(zhì)量，也就無所謂最大偏差了。
3、波動(dòng)范圍：顧名思義，沒必要多說。實(shí)際運(yùn)行中的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，擾動(dòng)因素是不斷存在的，因而被調(diào)量是不斷波動(dòng)著的，所以波動(dòng)范圍基本要達(dá)到一個(gè)區(qū)間。
4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作次數(shù)：動(dòng)作次數(shù)決定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壽命。這里說的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不光包括執(zhí)行器，還包括調(diào)節(jié)閥門。執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作不光損壞執(zhí)行器，還會讓閥門線性惡化。下一節(jié)會更加詳細(xì)的予以說明。
5、穩(wěn)定時(shí)間：階躍擾動(dòng)后，被調(diào)量回到穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間。穩(wěn)定時(shí)間決定了系統(tǒng)抑制干擾偶的速度。

整定系統(tǒng)需要注意的幾個(gè)問題

1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作次數(shù)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作次數(shù)不能過頻，過頻則容易燒壞電機(jī)。動(dòng)作次數(shù)與比例積分微分作用都有關(guān)系。一般來說，合適的比例帶使得系統(tǒng)波動(dòng)較小，調(diào)節(jié)器的輸出波動(dòng)也就小，執(zhí)行器波動(dòng)也少；積分的章節(jié)已經(jīng)說過：如果輸入偏差不為零，積分作用就會讓輸出一直向一個(gè)方向積下去。積分過強(qiáng)的話，會讓執(zhí)行器一次只動(dòng)作一點(diǎn)，但是頻繁地一點(diǎn)點(diǎn)向一個(gè)方向動(dòng)作；微分作用會讓執(zhí)行器反復(fù)波動(dòng)。

一般來說，國產(chǎn)DKJ系列的執(zhí)行器的電機(jī)耐堵轉(zhuǎn)特性較好，其它性能不一。電機(jī)在剛得電動(dòng)作的時(shí)候，電流大約是正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流的5-10倍。電機(jī)頻繁動(dòng)作很容易升溫，從而燒壞電機(jī)。另外對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部件也有較大磨損。

一般來說，不管對于直行程還是角行程，對于國產(chǎn)還是進(jìn)口，對于智能還是簡單的執(zhí)行器，動(dòng)作次數(shù)不大于10次/分鐘。對于一些進(jìn)口執(zhí)行器，尤其是日本的，次數(shù)還要減少。

對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變頻調(diào)節(jié)的（這里是說純變頻調(diào)節(jié)，而不是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用變頻電機(jī)），可以讓參數(shù)快點(diǎn)，因?yàn)?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/2471/" target="_blank">變頻器始終處于運(yùn)行狀態(tài)。需要注意的是，變頻器轉(zhuǎn)速線性不能太陡，否則變頻器輸出電流大幅度變化，影響變頻壽命。

2、PID死區(qū)問題

為了減少執(zhí)行器動(dòng)作次數(shù)，一般都對PID調(diào)節(jié)器設(shè)置個(gè)死區(qū)。在±死區(qū)內(nèi)，都認(rèn)為輸入偏差為0。當(dāng)超過死區(qū)后，輸入偏差才從0開始計(jì)算。死區(qū)可以有效減少執(zhí)行器的動(dòng)作次數(shù)。但是死區(qū)過大的話又帶來了新的問題：調(diào)節(jié)精度降低，對于一般的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不要求調(diào)節(jié)精度過高，精度高意義也不大。

提高死區(qū)降低精度的同時(shí)，也會降低調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性。因?yàn)樗斐闪苏{(diào)節(jié)滯后。這一點(diǎn)不大容易被人理解。

3、 裕度問題
調(diào)節(jié)系統(tǒng)要有一個(gè)合適的調(diào)節(jié)裕度。如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常處于關(guān)閉或者開滿狀態(tài)，那么調(diào)節(jié)裕度就很小，調(diào)節(jié)質(zhì)量就受到影響。一般來說——都無數(shù)個(gè)“一般來說”了，誰讓現(xiàn)場情況復(fù)雜，咱們不能把話說絕了呢——閥門在80%以上，流量已經(jīng)達(dá)到最大，所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常開度在80%也可以說裕度減小了。
這里所說的閥門，包括了各種調(diào)節(jié)工質(zhì)流量的機(jī)構(gòu)，包括閥門、泵的調(diào)速部分等。在第三章中，咱們專門要說一下執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類。
4、 通流量問題
調(diào)節(jié)閥門的孔徑都是經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算的。不過也存在計(jì)算失誤的時(shí)候。通流量過大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)稍微動(dòng)作一點(diǎn)就可能發(fā)生超調(diào)；反之執(zhí)行機(jī)構(gòu)大幅度動(dòng)作還不能抑制干擾。所以這個(gè)問題也是個(gè)重要問題。如果通流量不合適，有些系統(tǒng)甚至不可能穩(wěn)定運(yùn)行。
5、 空行程問題
在一定的開度內(nèi)，調(diào)節(jié)器輸出有變化，執(zhí)行器也動(dòng)作了，可是閥門流量沒變化，這屬于空行程問題。空行程有是執(zhí)行其產(chǎn)生的，也有法門產(chǎn)生的。一般的機(jī)構(gòu)都存在這個(gè)問題?？招谐桃话愣急容^小，可以忽略?？墒侨绻^大，就不得不要重視這個(gè)問題了。
解決空行程的辦法有很多，一般都在DCS內(nèi)完成。當(dāng)然，如果執(zhí)行器和閥門能夠解決的，要以硬件解決為主。
6、 線性問題
一般來說閥門開度與流量的關(guān)系都成平滑的線性關(guān)系。如果閥門使用時(shí)間長，或者閥門受到損傷，線性就會改變。線性問題可以有多種解決辦法，既有參數(shù)整定的，也有控制策略的。當(dāng)然最根本的解決辦法在于對線性惡化的治理。如果是比較貴重的調(diào)速泵線性惡化，難以治理更換，那只好從調(diào)節(jié)系統(tǒng)尋找解決辦法了。
還有個(gè)在火電廠中普遍存在的問題：減溫水調(diào)節(jié)閥的線性惡化。這基本上是個(gè)頑疾。因?yàn)闇p溫水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作頻繁，經(jīng)常在完全關(guān)閉和打開之間反復(fù)波動(dòng)，相當(dāng)多的電廠減溫水閥門線性都很不好，而且還伴隨著空行程偏大。兩個(gè)問題加起來，給自動(dòng)調(diào)節(jié)帶來很大的困難。
7、 耦合問題
一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)，對另一個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾互相干擾，或者是兩個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)間互為干擾，產(chǎn)生直接耦合。解耦的辦法是先整定主動(dòng)干擾的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，再整定被動(dòng)系統(tǒng)。也可以在主動(dòng)干擾的輸出乘以一個(gè)系數(shù)，作為被動(dòng)干擾的前饋。
還有一種間接耦合。這個(gè)現(xiàn)象在協(xié)調(diào)控制中比較明顯：負(fù)荷與汽壓的關(guān)系是互為耦合。解決問題的辦法有兩種：一種是互為修正前饋，這個(gè)解決辦法的應(yīng)用比較普遍，效果不是太好；更有效的辦法是整定參數(shù)，效果要比前者優(yōu)越得多，抗干擾能力也很大，可惜擅長此道的人太少。

整定參數(shù)的幾個(gè)認(rèn)識誤區(qū)

1、對微分的認(rèn)識誤區(qū)

認(rèn)為微分就是超前調(diào)節(jié)，如果被調(diào)量或者測量值有滯后，就要加微分。微分是有超前調(diào)節(jié)的功能，但是微分作用有些地方不能用：測量值存在不間斷的微小波動(dòng)的時(shí)候。尤其是水位、氣壓測量，波動(dòng)始終存在，我們一直在考慮濾波呢，再加個(gè)微分，就會造成調(diào)節(jié)干擾。不如不要微分。

2、對積分的認(rèn)識誤區(qū)

有些人發(fā)現(xiàn)偏差就要調(diào)積分，偏差存在有可能是系統(tǒng)調(diào)節(jié)緩慢，比例作用也有可能影響，如果積分作用蓋過了比例作用，那么這個(gè)系統(tǒng)就很難穩(wěn)定。咱們上面說過：初學(xué)者容易強(qiáng)調(diào)積分作用，熟練者容易忽略積分作用。不再贅述。

3、對耦合系統(tǒng)中，超前調(diào)節(jié)的認(rèn)識誤區(qū)

對于耦合系統(tǒng)，不管初學(xué)者熟練者都容易考慮一個(gè)捷徑：增加前饋調(diào)節(jié)。這個(gè)問題甚至搞自動(dòng)控制的老手都容易犯，畢竟捷徑誰都想走。比如眾所周知的協(xié)調(diào)控制，經(jīng)典控制法中，就有負(fù)荷和汽壓互為前饋的控制策略設(shè)計(jì)。這個(gè)方法也不為錯(cuò)，但是更普適更好的方法是一種整定參數(shù)的思想，參數(shù)設(shè)置合理的話這個(gè)前饋畫蛇添足。要積極探討各種控制辦法。

4、反饋過強(qiáng)

復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，前饋信號和反饋信號過強(qiáng)的話，會造成系統(tǒng)震蕩，所以調(diào)解過程中不僅僅要注意PID參數(shù)，還要注意反饋參數(shù)。

尤其在汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，蒸汽流量和給水流量的信號都要經(jīng)過系數(shù)處理。有些未經(jīng)處理的系統(tǒng)，在負(fù)荷波動(dòng)的時(shí)候，就要退掉自動(dòng)，否則會發(fā)生震蕩的危險(xiǎn)。

5、死搬標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)個(gè)別指標(biāo)

教科書里，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要關(guān)注的指標(biāo)有很多。這些指標(biāo)都有助于自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定。但是自動(dòng)好不好，不要硬套指標(biāo)。最應(yīng)關(guān)注的有兩個(gè)指標(biāo)：被調(diào)量波動(dòng)范圍、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作次數(shù)，其他都不是最必要的。

曾經(jīng)有一次，我?guī)椭粋€(gè)電廠整定自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)?？煲Y(jié)束的時(shí)候，對方專工說：按照國家制定的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)，在多大干擾的情況下，系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定的時(shí)間要小于若干分鐘。我說按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)可能會發(fā)生震蕩。對方說震蕩沒關(guān)系，只要能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)就可以。我重新整定系統(tǒng)后完全可以達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可是再強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)存在震蕩的可能——大干擾情況下難以穩(wěn)定——半個(gè)月后，這個(gè)參數(shù)下，該執(zhí)行器燒壞。

6、改變設(shè)定值以抑制超調(diào)

頻繁改變設(shè)定值是干擾自動(dòng)調(diào)節(jié)。尤其減溫水系統(tǒng)，沒有必要依靠改變設(shè)定值來抑制超調(diào)。那么什么情況下，需要人為干擾呢？

在系統(tǒng)輸出長時(shí)間最大或者最小的時(shí)候，說明達(dá)到了積分飽和，需要退出系統(tǒng)，然后再投即可。頻繁改變設(shè)定值是干擾自動(dòng)調(diào)節(jié)

7、主調(diào)快還是副調(diào)快？

因系統(tǒng)而定，因參數(shù)而定。常規(guī)參數(shù)：主調(diào)的比例弱，積分強(qiáng)，以消除靜差；副調(diào)的比例強(qiáng)，積分弱，以消除干擾。不絕對。

PID整定參數(shù)口訣

口訣一：

參數(shù)整定找最佳， 從小到大順序查。

先是比例后積分， 最后再把微分加。

曲線振蕩很頻繁， 比例度盤要放大。

曲線漂浮繞大彎， 比例度盤往小扳。

曲線偏離回復(fù)慢， 積分時(shí)間往下降。

曲線波動(dòng)周期長， 積分時(shí)間再加長。

曲線振蕩頻率快， 先把微分降下來。

動(dòng)差大來波動(dòng)慢， 微分時(shí)間應(yīng)加長。

理想曲線兩個(gè)波， 前高后低四比一。

一看二調(diào)多分析， 調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。

口訣二：

自動(dòng)調(diào)節(jié)并不難，復(fù)雜系統(tǒng)化簡單。

整定要練硬功夫，圖形特征看熟練。

趨勢讀定三要素，設(shè)定被調(diào)和輸出。

三個(gè)曲線放一起，然后曲線能判讀。

積分微分先去掉，死區(qū)暫時(shí)也不要。

比例曲線最簡單，被調(diào)、輸出一般般。

頂點(diǎn)谷底同時(shí)刻，升降同時(shí)同拐點(diǎn)。

波動(dòng)周期都一樣，靜態(tài)偏差沒法辦。

比例從弱漸調(diào)強(qiáng)，階躍響應(yīng)記時(shí)間。

時(shí)間放大十來倍，調(diào)節(jié)周期約在內(nèi)。

然后比例再加強(qiáng)，沒有周期才算對。

靜差消除靠積分，能消靜差就算穩(wěn)。

不管被調(diào)升或降，輸出只管偏差存。

輸入偏差等于零，輸出才會不積分。

積分不可加太強(qiáng)，干擾調(diào)節(jié)成擾因。

被調(diào)拐點(diǎn)零點(diǎn)間，輸出拐點(diǎn)仔細(xì)辨，

積分拐點(diǎn)再靠前，既消靜差又不亂。

微分分辨最容易，輸入偏差多注意。

偏差不動(dòng)微分死，偏差一動(dòng)就積極。

跳動(dòng)之后自動(dòng)回，微分時(shí)間管回歸。

系統(tǒng)若有大延遲，微分超前最適宜。

風(fēng)壓水位易波動(dòng)，微分作用要丟棄。

比例積分和微分，曲線判讀特征真。

如果不會看曲線，多看杖策行吟文。

綜合比較靈活用，盛極而衰來扼殺因。

最后，大家看過百家講壇里面王廣雄教授講自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)么？我沒有看過，很遺憾。不過我聽別人說王教授這么說自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：她里面處處閃爍著哲學(xué)的光輝。這個(gè)光輝我也經(jīng)常感覺得到。并且我覺得，似乎它不僅僅是一門技術(shù)，而且還是一門藝術(shù)。因?yàn)閷τ谝粋€(gè)復(fù)雜的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，你永遠(yuǎn)不能確定哪個(gè)參數(shù)是最好的。只要你愿意下功夫去整定，似乎總有更適合的參數(shù)等著你。而等到一個(gè)系統(tǒng)遇到了很復(fù)雜的大干擾的時(shí)候，一般情況下，你總想修改已經(jīng)極其膨脹了的控制策略，效果雖有好轉(zhuǎn)，可總是難以適應(yīng)各種工況，參數(shù)愈來愈多，整定愈來愈復(fù)雜。可是等到你某一天突然靈光一閃，想到一個(gè)新鮮思路的時(shí)候，你激動(dòng)得恨不得馬上從床上爬下來要去應(yīng)用，第二天你發(fā)現(xiàn)既不需要修改控制策略，應(yīng)用效果又出奇的好的時(shí)候，你會感到一種藝術(shù)的成就感和滿足感。 這就是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的魅力。它需要你在各個(gè)問題、各個(gè)參數(shù)之間反復(fù)權(quán)衡，在靈活性和原則性之間思想游走，在全面和孤立之間合并分解。