由入門到精通吃透PID2.0版(原創(chuàng)連載)

1、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， 積分時間往下降。 曲線波動周期長， 積分時間再加長。 曲線振蕩頻率快， 先把微分降下來。 動差大來波動慢， 微分時間應(yīng)加長。 理想曲線兩個波， 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。 我們要收集的曲線有：1) 設(shè)定值。作為比較判斷依據(jù)；2) 被調(diào)量波動曲線。 3) pid輸出。就這么簡單，如果是串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，我們還要收集：4) 副調(diào)的被調(diào)量曲線；5) pid輸出曲線。第二章 pid參數(shù)整定上一章簡單介紹了自動調(diào)節(jié)的發(fā)展歷

2、程。搞自動的人，許多人對如何整定pid參數(shù)感到比較迷茫。課本上說：整定參數(shù)的方法有理論計算法和經(jīng)驗試湊法兩種。理論計算法需要大量的計算，對于初學(xué)者和數(shù)學(xué)底子薄弱的人會望而卻步，并且計算效果還需要進(jìn)一步的修改整定，至今還有人在研究理論確認(rèn)調(diào)節(jié)參數(shù)地方法。所以，在實際應(yīng)用過程中，理論計算法比較少。經(jīng)驗試湊法最廣為人知的就是第一章提到的整定口訣了。該方法提供了一個大致整定的方向形性思路。當(dāng)時整定參數(shù)，需要兩只眼睛盯著數(shù)據(jù)看，不斷地思考琢磨。上世紀(jì)90年代的時候，我就曾經(jīng)面對著i型和ii型儀表，就這么琢磨。如果是調(diào)節(jié)周期長的系統(tǒng)，比如汽溫控制，需要耗費(fèi)大量的時間?？茖W(xué)發(fā)展到了今天，dcs應(yīng)用極其普遍，

3、趨勢圖收集極其方便。對于單個儀表，也大都有趨勢顯示功能。所以，我們完全可以借助趨勢圖功能，進(jìn)行參數(shù)整定。我們可以依靠分析比例、積分、微分的基本性質(zhì)，判讀趨勢圖中，比例、積分、微分的基本曲線特征，從而對pid參數(shù)進(jìn)行整定。這個方法雖然基本等同于經(jīng)驗試湊法，但是它又比傳統(tǒng)的經(jīng)驗試湊法更快速更直觀的，更容易整定。因而，我把這種依靠對趨勢圖的判讀，整定參數(shù)的辦法，稱之為：趨勢讀定法。趨勢讀定法三要素：設(shè)定值、被調(diào)量、輸出。三個曲線缺一不可。串級系統(tǒng)參照這個執(zhí)行。這個所謂的趨勢讀定法，其實早就被廣大的自動維護(hù)人員所掌握，只是有些人的思考還不夠深入，方法還不夠純熟。這里我把它總結(jié)起來，大家一起思考。這個東

4、西看著新鮮，其實一點(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。 苦功夫還要花的。必須要經(jīng)過比較嚴(yán)格的訓(xùn)練。怎么才算受過嚴(yán)格訓(xùn)練呢？我不了解別人是怎么訓(xùn)練的，我只根據(jù)我自己理解的情況，把我認(rèn)為正確的理解給大家講述一下。咱既然說了，初中生都可以理解，那么咱依舊避免繁瑣的公式推導(dǎo)，只對其進(jìn)行物理意義分析。提前聲明：這些物理意義的分析，非常簡單，非常容易掌握，但是你必須要把下面一些推導(dǎo)結(jié)論的描述弄熟弄透，然后才能夠

5、進(jìn)行參數(shù)整定。很簡單的哦。在介紹pid參數(shù)整定之前，先介紹幾個基本概念：2-1 幾個基本概念l 單回路：就是只有一個pid的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。l 串級：一個pid不夠用怎么辦？把兩個pid串接起來，形成一個串級調(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。l 主調(diào)：串級系統(tǒng)中，要調(diào)節(jié)被調(diào)量的那個pid叫做主調(diào)。l 副調(diào)：串級系統(tǒng)中，輸出直接去指揮執(zhí)行器動作的那個pid叫做副調(diào)。主調(diào)的輸出進(jìn)入副調(diào)作為副調(diào)的設(shè)定值。一般來說，主調(diào)為了調(diào)節(jié)被調(diào)量，副調(diào)為了消除干擾。l 正作用：比方說一個水池有一個進(jìn)水口和一個出水口，進(jìn)水量固定不變，依靠調(diào)節(jié)出水口的水量調(diào)節(jié)

6、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。l 負(fù)作用：還是這個水池，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。l 動態(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改變，任意時刻兩者之間的偏差叫做動態(tài)偏差。簡稱動差。l 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。l 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?。l 階躍：被

7、觀察的曲線呈垂直上升或者下降，這種情況在異常情況下是存在的，比如人為修改數(shù)值，或者短路開路。2-2 p 純比例作用趨勢圖的特征分析前面說過，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)定值不變的時候，調(diào)節(jié)器的輸出只與被調(diào)量的波動有關(guān)。那么我們可以基本上得出如下一個概念性公式：輸出波動=被調(diào)量波動*比例增益 （注：當(dāng)設(shè)定值不變）注意，這只是一個概念性公式，而不是真正的計算公式。咱們弄個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，

8、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就這么一個標(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。或者說：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標(biāo)準(zhǔn)，咱們弄幾個輸出曲線和被調(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

9、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。波動周期完全一致。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？那我出幾個思考題：1) 被調(diào)量回調(diào)的時候，輸出必然回調(diào)么？2) 被調(diào)量不動，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系數(shù)，設(shè)定值改變就相當(dāng)于設(shè)定值不變

10、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。為了便于理解，咱們把趨勢圖畫出來分析。見圖2：比例作用下的調(diào)節(jié)曲線。圖中，假設(shè)被調(diào)量偏高時，調(diào)門應(yīng)關(guān)小，即pid為負(fù)作用。在定值有一階躍擾動時，調(diào)節(jié)器輸入偏差為e。此時tout 也應(yīng)有一階躍量e （1 / ），然后被調(diào)量不變。經(jīng)過一個滯后期t2，被調(diào)量開始響應(yīng)tout。因為被調(diào)量增

11、加，tout也開始降低。一直到t4時刻，被調(diào)量開始回復(fù)時，tout才開始升高。兩曲線雖然波動相反，但是圖形如果反轉(zhuǎn)，就可以看出是相似形。2-3 i 純積分作用趨勢圖的特征分析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方向累加下去。積分相當(dāng)于一個斜率發(fā)生器。啟動這個發(fā)生器的前提是調(diào)節(jié)器的輸如偏差不等于零，斜率的大小與兩個參數(shù)有關(guān)：輸入偏差的大小、積分時間。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)都有這么一個規(guī)定，之所以說是個規(guī)定，是因為，從原理上講，純積分作用可以存在

12、，但是很可能沒有實用意義。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。5) 被調(diào)量達(dá)到頂點(diǎn)的時候，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)的時候，必然是輸入偏差等于零的時候?？吹搅嗣?？純積分作用的性質(zhì)很特別。你能根據(jù)一個被調(diào)量波動波形，畫出輸出波形么？如果你能畫正確，那說明你真正掌握了。好了，來點(diǎn)枯燥的看圖題：積分作用下，輸入偏差

13、變化的響應(yīng)曲線與比例作用有很大的不同。假設(shè)被調(diào)量偏高時調(diào)門應(yīng)關(guān)小，在定值有一個階躍擾動時，輸出不會作階躍變化，而是以較高的速率開始升高。如圖3：積分作用下的調(diào)節(jié)曲線,因輸出的響應(yīng)較比例作用不明顯，故被調(diào)量開始變化的時刻t2，較比例作用緩慢。在t1到t2的時間內(nèi)，因為被調(diào)量不變，即輸入偏差不變，所以輸出以不變的速率上升，即呈線性上升。調(diào)節(jié)器的輸出緩慢改變，導(dǎo)致被調(diào)量逐漸受到影響而改變。在t2時刻，被調(diào)量開始變化時，輸入偏差逐漸減小，輸出的速率開始降低。到t3時刻，偏差為0時，輸出不變，輸出曲線為水平。然后偏差開始為正時，輸出才開始降低。到t4時刻，被調(diào)量達(dá)到頂點(diǎn)開始回復(fù)，但是因偏差仍舊為正，故輸

14、出繼續(xù)降低只是速率開始減緩。直到t5時刻，偏差為0時，輸出才重新升高。一般來說，積分作用容易被初學(xué)者重視，重視是對的，因為它可以消除靜態(tài)偏差?？墒侵匾曔^頭了，就會形成積分干擾。先不說怎么判斷，能認(rèn)識圖形是最重要的。2-4 d純微分作用趨勢圖的特征分析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，輸出不動；被調(diào)量一動，輸出馬上跳。圖4：純微分作用的階躍反應(yīng)曲線根據(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

15、趨勢有關(guān)；3) 如果被調(diào)量有一個階躍，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，用微分時間表示。有的分為兩個：微分增益和微分時間。微分增益表示輸出波動的幅度，波動后還要輸出回歸，微分時間表示回歸的快慢。見圖，kd是微分增益，td是微分時間。5) 由第4條得出推論：波動調(diào)節(jié)之后，輸出還會自動拐回頭。都說微分作用能夠超前調(diào)節(jié)?？墒俏⒎肿饔玫降资窃鯓映罢{(diào)節(jié)的？一些人會忽略這個問題。合理搭配微分增益和微分時間，會起到讓你起初意想不到的效果。比例積分微分三個作用各有各的特點(diǎn)。這個必須要區(qū)分清楚。溫習(xí)一下：l 比例作用：輸出與輸入曲線相似。l 積分作用：只要輸

16、入有偏差輸出就變化。l 微分作用：輸入有抖動輸出才變化，且會猛變化。2-5 比例積分作用的特征曲線分析徹底搞清楚pid的特征曲線分析后，我們再把pid組合起來進(jìn)行分析。大家作了這么久的枯燥分析，越來越接近實質(zhì)性的分析了。比例積分作用，就是在被調(diào)量波動的時候，純比例和純積分作用的疊加，簡單的疊加。普通的維護(hù)工程師最容易犯的毛病，就是難以區(qū)分波動曲線中，哪些因素是比例作用造成的，哪些因素是積分作用造成的。要練就辨別的功夫，咱還是要費(fèi)些枯燥的時間，辨認(rèn)些圖吧。友情提示：這么枯燥的看圖說話，可能是最后第二個了。勝利在望啊朋友們。如圖5，定值有階躍擾動時，比例作用使輸出曲線tout同時有一個階躍擾動，同

17、時積分作用使tout開始繼續(xù)增大。t2時刻后，被調(diào)量響應(yīng)tout開始增大。此時比例作用因e減小而使tout開始降低（如圖中點(diǎn)劃線tout()所示）；但是前文說了積分作用與e的趨勢無關(guān)，與e的正負(fù)有關(guān)，積分作用因e還在負(fù)向，故繼續(xù)使tout增大，只是速率有所減緩。比例作用和積分作用的疊加，決定了tout的實際走向，如圖tout(i)所示。 只要比例作用不是無窮大，或是積分作用不為零，從t2時刻開始，總要有一段時間是積分作用強(qiáng)于比例作用，使得tout繼續(xù)升高。然后持平（t3時刻），然后降低。在被調(diào)量升到頂峰的t5時刻，同理，比例作用使tout也達(dá)到頂點(diǎn)（負(fù)向），而積分作用使得最終tout的頂點(diǎn)向后

18、延時（t6時刻）。從上面的分析可以看出：判斷t6時刻的先后，或者說t6距離t5的時間，是判斷積分作用強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)。 一般來說，積分作用往往被初學(xué)者過度重視。因為積分作用造成的超調(diào)往往被誤讀為比例作用的不當(dāng)。而對于一個很有經(jīng)驗的整定高手來說，在一些特殊情況況下，積分作用往往又被過度漠視。因為按照常理，有經(jīng)驗的人往往充分理解積分作用對靜態(tài)偏差的作用，可是對于積分作用特殊情況下的靈活運(yùn)用，卻反而不容易變通。以前看史書，毛澤東曾指著鄧小平對一個蘇聯(lián)人說：瞧見那個小個子了沒有？這個人很了不起，既有原則性，又有靈活性。 瞧見沒有，最高明的政治家們都注重原則性和靈活性之間的微妙的關(guān)系，咱們搞自動的，實際上也離

19、不開原則性和靈活性啊。當(dāng)然了，對于一般的初學(xué)者，還不到感悟靈活性的時候。初學(xué)者只有老老實實先把原則掌握再說。靈活性是建立在原則的基礎(chǔ)之上的。就如同現(xiàn)實生活中一樣，沒有原則的靈活是什么？老滑頭。什么時候才可以靈活？等你能夠徹底解讀調(diào)節(jié)曲線，并能夠迅速判斷參數(shù)大小的時候，才可以稍微嘗試了解靈活性。千萬不要耍滑頭哦。2-6比例積分微分作用的特征曲線分析增加微分功能后，調(diào)節(jié)曲線更復(fù)雜點(diǎn)，也更難理解點(diǎn)。如果我們把這一節(jié)真正掌握后，參數(shù)整定問題也就不算大了。如下圖所示： 如圖6比例積分微分作用下的調(diào)節(jié)曲線示意圖所示，當(dāng)設(shè)定值有個階躍后（t1時刻），因為設(shè)定值屬于直線上升，此時上升速率接近于無窮大，所以理論

20、上講，調(diào)節(jié)器輸出應(yīng)該波動無窮大，也就是直接讓輸出為100%或者0%?？墒?，調(diào)節(jié)器的速率計算是每一時刻的變化量除以掃描周期，所以當(dāng)一個小的階躍到來的時候，調(diào)節(jié)器輸出不一定達(dá)到最大?？傊A躍量使得輸出急劇波動。所以，當(dāng)系統(tǒng)存在微分增益的時候，如果我們要修改或者檢查被微分處理的信號，就要小心了，最好是退出自動。當(dāng)微分增益發(fā)揮作用后，隨之微分使得輸出回歸，回歸時間與微分時間有關(guān)系。微分時間使得輸出一直下降，本該回復(fù)到初始值?？墒窃趖1時刻，比例發(fā)揮作用，使得輸出恢復(fù)到比例輸出的基礎(chǔ)；積分發(fā)揮作用，使得在比例的基礎(chǔ)上再增加一些，增加量與積分時間有關(guān)。所以，t2時刻輸出是個拐點(diǎn)，開始回升。t3時刻，當(dāng)輸

21、出的調(diào)節(jié)使得被調(diào)量發(fā)生改變的時候，比例使得輸出隨之下降；積分使得輸出上升速率開始降低，但仍舊上升；微分使得輸出下降。t3時刻開始，微分增益發(fā)揮作用后，微分時間本來需要輸出回歸，輸出減小，可是因為被調(diào)量在不斷的下降，所以微分增益的作用始終存在，輸出繼續(xù)下降。t4時刻，比例作用蓋過積分，比例積分開始回調(diào)。t5時刻，積分作用為0，被調(diào)量越過零后，開始出現(xiàn)正偏差，積分也會向正向發(fā)揮作用，所以比例積分微分作用曲線更陡了。t6時刻是個關(guān)鍵的時刻。因為如果沒有微分作用，這個時刻就不是關(guān)鍵點(diǎn)。此時被調(diào)量的變化開始變緩慢，微分時間使得系統(tǒng)回調(diào)收縮。微分時間越短，t6時刻越靠前，足夠短的時候，會發(fā)生很多毛刺。毛刺

22、增加了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作次數(shù)，增加了不必要的調(diào)節(jié)浪費(fèi)，對系統(tǒng)調(diào)節(jié)有害。下圖是微分時間過短造成的調(diào)節(jié)毛刺（如圖微分時間過短造成輸出波形有毛刺）。t8時刻，被普遍認(rèn)為是微分的超前調(diào)節(jié)發(fā)揮作用的時刻。此時被調(diào)量剛開始回調(diào)，而微分作用使得輸出“提前”調(diào)節(jié)了一些。 對于微分的超前調(diào)節(jié)作用，個人認(rèn)為，t6和t8時刻，同樣值得關(guān)注。還需要說明的是，毛刺的產(chǎn)生不僅僅與微分時間有關(guān)，還與微分增益有關(guān)。他們是兩個相關(guān)聯(lián)的兩個參數(shù)。當(dāng)微分增益增大的時候，要消除毛刺，就要相應(yīng)提高微分時間，反之減小。可是如果為了消除毛刺而過分增大微分時間，就影響了t6時刻所帶來的超前調(diào)節(jié)作用，超前調(diào)節(jié)作用就受到影響。合理搭配參數(shù)才能夠起到

23、良好的調(diào)節(jié)作用。同樣的道理，比例積分微分三個參數(shù)的大小也是相對的。比如說在比例帶為80的時候，積分時間為120也許會感覺比較正常?？墒钱?dāng)你把比例帶調(diào)為200的時候，積分作用如果還不變化，那么積分就會對調(diào)節(jié)帶來副作用，系統(tǒng)就可能不能穩(wěn)定。這時候就需要你把積分時間也要增大。 我們在整定系統(tǒng)的時候，要有這么一個觀念：比例積分微分三個參數(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)一個參數(shù)比較合適，就把這個參數(shù)固定死，不管別的參數(shù)怎么變化，永遠(yuǎn)不動前面固定的參數(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。哦，又回到了上一節(jié)的話題。2-7整定參數(shù)

24、的幾個原則大家看過百家講壇里面王廣雄教授講自動調(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調(diào)節(jié)系統(tǒng)：她里面處處閃爍著哲學(xué)的光輝。這個光輝我也經(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)。因為對于一個復(fù)雜的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，你永遠(yuǎn)不能確定哪個參數(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。而等到一個系統(tǒng)遇到了很復(fù)雜的大干擾的時候，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?？墒堑鹊侥隳骋惶焱蝗混`光一閃，想到一個新鮮思路的時候，你激動得恨不得馬上從床上爬下來要去應(yīng)用，第二天

25、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候，你會感到一種藝術(shù)的成就感和滿足感。這就是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的魅力。它需要你在各個問題、各個參數(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。機(jī)械與權(quán)衡的變通、靈活性和原則性的關(guān)系前面已經(jīng)說過了。下面還要說說全面和孤立的關(guān)系。對于一個復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)，既要全面看待一個系統(tǒng)，又要學(xué)會孤立看待一個系統(tǒng)。原則與靈活，全面與孤立，都是個辯證的問題。其實誰都知道要全面看待問題這個說法。要全面了解整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)，要對工藝流程、測量回路、數(shù)據(jù)處理dcs或者plc、控制調(diào)節(jié)過程、pid各個參數(shù)、操作器、伺服放大器、執(zhí)行器、位置反饋、閥門線形等各個

26、環(huán)節(jié)都要了解，出了問題才能夠快速準(zhǔn)確的判斷?？墒枪铝⒎治鰡栴}這個提法，是不似有點(diǎn)新鮮？怎樣才算孤立看待問題？我們首先要把復(fù)雜的問題簡單化，簡單化有利于思路清晰。那么怎樣孤立簡化呢？1) 把串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)孤立成兩個單回路。把主、副調(diào)隔離開來，先整定一個回路，再全面考慮；2) 至于先整定內(nèi)回路還是先整定外回路，因系統(tǒng)而異。一般來說，對于調(diào)節(jié)周期長的系統(tǒng)可以先整定內(nèi)回路。我們還可以手動調(diào)整系統(tǒng)穩(wěn)定后，投入自動，先整定內(nèi)回路；3) 把相互耦合的系統(tǒng)解耦為幾個獨(dú)立的系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)下，進(jìn)行參數(shù)判斷。讓各個系統(tǒng)之間互不干擾，然后再考慮耦合；4) 把p、i、d隔離開來。先去掉積分、微分作用，讓系統(tǒng)變?yōu)榧儽壤{(diào)節(jié)方

27、式。然后再考慮積分，然后再考慮微分。在學(xué)習(xí)觀察曲線的時候，要學(xué)會把問題簡單化，孤立看待系統(tǒng)；在分析問題的時候，要既能夠全面看待問題，也能夠孤立逐個分析。咱們下面討論如何整定參數(shù)的時候，也是先要把參數(shù)孤立起來看待的。以前曾經(jīng)有一個化工的朋友說：自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)哪有這么復(fù)雜？無非是一個pid，對其參數(shù)進(jìn)行整定一番就可以了。我對他說：很不幸，你工作在一個簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的環(huán)境下，你沒有真正接觸過復(fù)雜的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。是的，火電廠自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)要復(fù)雜些?？上覜]有機(jī)會接觸更為復(fù)雜的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，深為遺憾！至今為止，我所接觸到最復(fù)雜的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，無非是火電廠的蒸汽溫度、汽包水位、蒸汽壓力，還有一個大雜燴協(xié)調(diào)。至于

28、脫硫方面的，都交給運(yùn)行自行調(diào)節(jié)，懶得去管。2-8 整定比例帶整定參數(shù)要根據(jù)上面提到的孤立分析的原則，先把系統(tǒng)設(shè)置為純比例作用。也就是說積分時間無窮大，微分增益為0。最傳統(tǒng)原始的提法是比例帶。比例帶是輸入偏差和輸出數(shù)值相除的差。比例帶越大，比例作用越弱。據(jù)說美國人喜歡直來直去，他們提出一個比例增益的概念，就是說比例作用越強(qiáng)，比例增益也就越大。具體的做法就是比例增益等于比例帶的倒數(shù)。整定比例作用比較笨的辦法，逐漸加大比例作用，一直到系統(tǒng)發(fā)生等幅震蕩，然后在這個基礎(chǔ)上適當(dāng)減小比例作用即可，或者把比例增益乘以0.60.8。不過上述方法是有一點(diǎn)點(diǎn)風(fēng)險的。有的系統(tǒng)不允許設(shè)定值偏差大，初學(xué)者要想明顯地看出來

29、什么是等幅震蕩，就有可能威脅系統(tǒng)安全。并且，在比例作用比較弱的時候，波動曲線往往也是震蕩著的，有人甚至?xí)褬O弱參數(shù)下的波動當(dāng)成了震蕩，結(jié)果是系統(tǒng)始終難以穩(wěn)定。那么到底怎么判斷震蕩呢？一般來說，對于一個簡單的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，比例作用很強(qiáng)的時候，振蕩周期是很有規(guī)律的，基本上呈正弦波形狀。而極弱參數(shù)下的波動也有一定的周期，但是在一個波動周期內(nèi)，往往參雜了幾個小波峰。根據(jù)這個我們幾乎大致可以判斷比例作用了。 注意我的用詞，“幾乎大致”。是的，僅僅這樣我們也不能完全確定比例作用一定是強(qiáng)是弱。有的系統(tǒng)也不允許我們這樣折騰。還有沒有辦法？整定參數(shù)說實話，是不那么容易的。前面我說很簡單，是給你們樹立必勝的信念

30、，現(xiàn)在說很困難，是告訴你們不可能一蹴而就，需要持之以恒的努力，需要不斷的探索。這篇文章最難寫的是哪一段？第一章很容易，手頭有資料，平時多留心，就可以寫出來。第三章很難寫，但是只要自己多觀察、多體會、多分析、多積累，應(yīng)該也能寫出來。只有第二章的這一節(jié)最難寫。我花費(fèi)了好幾天都在考慮，怎么表達(dá)出來我的經(jīng)驗心得。好在自動控制也不是高不可攀，我想到了一個表述辦法： 親自操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，或者查找運(yùn)行操作的歷史趨勢，查找或者令執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出有一個足夠的階躍量這個階躍量要足夠大，但是千萬不能給穩(wěn)定運(yùn)行帶來危險然后觀察被調(diào)量多久之后開始有響應(yīng)。記錄下響應(yīng)時間。然后在整定參數(shù)的時候，你所整定的系統(tǒng)的波動周期，大約是

31、你記錄響應(yīng)時間的3-8倍。聲明：這只是個大約的數(shù)值。我也僅僅是在近幾天內(nèi)觀察考慮的。沒有經(jīng)過長久大量的觀察。目前來看，這個思路應(yīng)該是對的，不排除意外的可能。最終你所整定的系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)效果應(yīng)該是被調(diào)量波動小而平緩。在一個擾動過來之后，被調(diào)量的波動應(yīng)該是一很有名的說法：“一大一小兩個波”。呵呵，這個字，目前屬于敏感詞匯。有人說：很麻煩，我的調(diào)節(jié)系統(tǒng)不容易看到調(diào)節(jié)周期。哦，恭喜你，你的系統(tǒng)整定工作做得很好。不管是被調(diào)量還是調(diào)節(jié)輸出，其曲線都不應(yīng)該有強(qiáng)烈的周期特征。曾經(jīng)有個人跟我說：你看我的調(diào)節(jié)系統(tǒng)整定得多好，被調(diào)量的曲線簡直跟正弦波一樣好看。我回答說：不用問，調(diào)節(jié)輸出也跟正弦波一樣吧？他說是。那你的

32、執(zhí)行機(jī)構(gòu)還不跟正弦波一樣不能歇著??？這樣的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定工作是不夠好的，還有優(yōu)化空間的。自動調(diào)節(jié)的困難還在于：即使是很老練很在行的整定者，也不見得整定效果就很好。近兩年我見了一些自動調(diào)節(jié)的論文，有的論文中附有調(diào)節(jié)效果曲線。根據(jù)我的分析，有一些論文所表現(xiàn)的調(diào)節(jié)質(zhì)量并不夠好，還有很大的參數(shù)優(yōu)化空間。有許多人看系統(tǒng)難以穩(wěn)定，就認(rèn)為是控制策略的問題，就去修改控制策略。最終使得控制策略龐大臃腫?？刂撇呗杂纺[的不利后果有三個：1) 不利于檢查問題和整定參數(shù)，程序越復(fù)雜越不利；2) 容易出現(xiàn)編程錯誤甚至前后矛盾；3) 增加了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。dcs系統(tǒng)要求單機(jī)負(fù)荷率要低。dcs中，影響負(fù)荷率的最大因素就是模擬量運(yùn)算

33、。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模擬量運(yùn)算最大。所以，臃腫的調(diào)節(jié)系統(tǒng)增加了系統(tǒng)負(fù)荷率。具體的論文就不說了。只說最近論壇上經(jīng)常對給水三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)表質(zhì)疑。我個人認(rèn)為：給水三沖量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是很完善很完美的，你之所以覺得不夠好，是因為你沒有把參數(shù)整定好。如果你不認(rèn)可，我給你整定，保證能讓你的系統(tǒng)在經(jīng)典的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)下，運(yùn)行得很好。所以能夠通過整定參數(shù)解決的問題，最好不通過控制策略來解決。所以，就要求我們廣大的自動調(diào)節(jié)工作者，在整定參數(shù)方面打好基本功。我說過，我感到整定參數(shù)不僅僅是一門技術(shù)，而且像一門藝術(shù)。因為“藝無止境”。2-9 整定積分時間前面咱們已經(jīng)說過，積分作用最容易被人誤解。一個初學(xué)者往往過分注重積分

34、作用，一個整定好手往往又漠視積分作用。咱們先對初學(xué)者說怎么認(rèn)識積分作用。對于主調(diào)來說，主調(diào)的目的就是為了消除靜態(tài)偏差。如果能夠消除靜態(tài)偏差，積分作用就可以盡量的小。 在整定比例作用的時候，積分作用先取消。比例作用整定好的時候，就需要逐漸加強(qiáng)積分作用，直到消除靜差為止。我們需要注意的是：一般情況下，如果比例參數(shù)設(shè)置不合理，那么靜差也往往難以消除。在沒有設(shè)置好比例作用的時候，初學(xué)者往往以為是積分作用不夠強(qiáng)，就一再加強(qiáng)比例作用，結(jié)果造成了積分的干擾。那么積分作用設(shè)置多少合理？咱們還要拐回頭，看第2-5節(jié)。為了查看方便，我重新把圖5粘貼過來。 圖中，我們最需要關(guān)注的幾個點(diǎn)是：t5、t6、t7。在t5，

35、t7之間，t6的時刻反映了積分的強(qiáng)度。t6過于靠近t5，則積分作用過弱；t6過于靠近t7，則積分作用過強(qiáng)。t6所處的位置，應(yīng)該在t5、t7之間的1/3靠前一點(diǎn)。也就是說，t6的位置在t5（t7t5）*1/2之間。為了記?。╰7t5）之間的這個特征點(diǎn)，我們可以把（t7t5）*1/3的這個區(qū)域叫做積分拐點(diǎn)。積分拐點(diǎn)這個概念很重要，輸出的拐點(diǎn)不能比積分拐點(diǎn)更靠后。為什么積分要這么弱？當(dāng)被調(diào)量回調(diào)的時候（t5時刻），說明調(diào)節(jié)器讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)揮了調(diào)節(jié)作用，此時調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的開度足以控制被調(diào)量不會偏差更大，為了消除靜態(tài)偏差，可以保持這個開度，或者讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)稍微繼續(xù)動作一點(diǎn)即可。如果此時被調(diào)量回調(diào)迅速，則說明執(zhí)行

36、機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)已經(jīng)過量，那么必須也要讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)回調(diào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的回調(diào)是怎樣產(chǎn)生的？是比例作用克服了積分作用而產(chǎn)生的，是比例和積分的疊加：tout()+tout(i)。而此時tout()和tout(i)所調(diào)節(jié)的方向是不一樣的，一個為正，一個為負(fù)。從上面的敘述，我們還可以驗證前面的一個推理：積分作用和比例作用是相對的。當(dāng)比例作用強(qiáng)的時候，積分也可以隨之增強(qiáng)；比例作用弱的時候，積分也必須隨之下調(diào)。積分作用只是輔助比例作用進(jìn)行調(diào)節(jié)，它僅僅是為了消除靜態(tài)偏差。還是那句話：搞自動的要善于靈活處理問題，一方面要把握原則，一方面要有靈活性。切不可因為剛才調(diào)好了積分作用，就把積分參數(shù)固定死再也不變了。積分作用設(shè)置的關(guān)

37、鍵在于t6的位置，要記?。翰荒艹^積分拐點(diǎn)。 對于積分作用在特殊情況下的妙用，下一章會提到。咱現(xiàn)在還是牢牢掌握原則吧。2-10整定微分作用微分作用比較容易判斷，那就是pid輸出“毛刺”過多。一般來說，微分作用包含兩個參數(shù)：微分增益和微分時間。實際微分環(huán)節(jié)在前面已經(jīng)說過。圖4就是實際應(yīng)用中的微分環(huán)節(jié)。其實理想的微分環(huán)節(jié)并不是這樣的。當(dāng)階躍擾動來臨的時候，理想微分環(huán)節(jié)帶來的調(diào)節(jié)輸出是無窮大的。如圖所示：理想微分環(huán)節(jié)為了工程應(yīng)用方便，人們設(shè)計了實際微分環(huán)節(jié)。微分的目的許多人都知道：它具有超前調(diào)節(jié)的功能。微分為什么具有超前調(diào)節(jié)作用？1) 波動來臨時，不管波動的幅度有多大，只要波動的速度夠大，調(diào)節(jié)器就會

38、令輸出大幅度調(diào)整。也就是說，波動即將來臨的時候，波動的征兆就是被調(diào)量的曲線開始上升。對于比例和積分作用來說，開始上升不意味著大幅度調(diào)節(jié)；對于微分作用來說，開始上升就意味著調(diào)節(jié)進(jìn)行了，因為“開始”的時候，如果速度上去了，輸出就可以有一個大幅度的調(diào)整。這是超前調(diào)節(jié)的作用之一。見圖6的t8時刻。2) 波動結(jié)束后，如果調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)合理，一般被調(diào)量經(jīng)過一個靜止期后，還會稍微回調(diào)一點(diǎn)。在被調(diào)量處于靜止期間，因為微分時間的作用，不等被調(diào)量回調(diào)，調(diào)節(jié)器首先回調(diào)。這是微分的超前作用之二。見圖6的t7時刻。在微分增益增大的時候，一定要考慮到微分時間的調(diào)整。否則調(diào)節(jié)曲線上會有很多毛刺。毛刺直接影響到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻繁動作

39、，一般來說，它是有害的。好的調(diào)節(jié)效果，往往在調(diào)節(jié)曲線上是看不到毛刺的。只可以在輸出曲線上看到一個突出的陡升或者陡降。要合理利用微粉增益和微分時間的搭配，會取得很好的調(diào)節(jié)效果。有許多人牢牢記住了“微分的超前調(diào)節(jié)作用”，只要覺得系統(tǒng)不夠快，就會加微分。這是一種懶人的思維。系統(tǒng)快不快不能看表面現(xiàn)象，有許多系統(tǒng)往往是參數(shù)整定不好造成的震蕩。震蕩發(fā)生的時候，往往急得初學(xué)者恨不得馬上讓系統(tǒng)回調(diào)，不能馬上回調(diào)，就想到了微分。要記?。赫鹗幍漠a(chǎn)生可能與三個參數(shù)都有關(guān)。一定要認(rèn)真判讀震蕩曲線的特征，分辨是那個因素造成的，然后對癥下藥才能夠抑制震蕩。還有一些人不管三七二十一，把所有的系統(tǒng)都使用比例積分微分。比例積分

40、可以都使用，但有些系統(tǒng)使用微分是不恰當(dāng)?shù)摹Ｎ⒎值氖褂脳l件有：1)被調(diào)量是水位、氣壓、風(fēng)壓的調(diào)節(jié)系統(tǒng)不宜使用微分。它們本身的數(shù)值容易受各種因素影響，即使穩(wěn)定的系統(tǒng)，被調(diào)量也很難穩(wěn)定在一個數(shù)值。微分作用會因為被調(diào)量的小波動，使得輸出大幅度來回動作，形成干擾，而且對執(zhí)行機(jī)構(gòu)也不利；2)被調(diào)量有微小擾動的時候，要先消除擾動再使用微分。3)系統(tǒng)有大遲延的情況下應(yīng)使用微分。微分作用是最容易判斷的。但是對于一個熟練整定pid參數(shù)的人來說，怎樣充分發(fā)揮微分參數(shù)的“超前調(diào)節(jié)”作用，并且不增加對系統(tǒng)有害的干擾，仍舊是一個需要長久思考的問題。有的系統(tǒng)把微分作用分出調(diào)節(jié)器以外。比如火電廠主汽溫度控制，許多廠家用了“微

41、分導(dǎo)前調(diào)節(jié)”。所謂的“微分導(dǎo)前”，就是把微分分出調(diào)節(jié)器，專門對溫度前饋量進(jìn)行微分運(yùn)算，然后把運(yùn)算的結(jié)果疊加到pid的輸出，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 使用微分導(dǎo)前而不使用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有它特殊的地方。目前，許多人對于到底是用微分導(dǎo)前還是串級很迷惑，這個問題在下一章我們會講到。這里暫略不表。2-11比例積分微分綜合整定 一個精通參數(shù)整定的人，在具體草整定參數(shù)的時候，要熟悉系統(tǒng)工藝原理，更要熟悉系統(tǒng)操作。對待一個復(fù)雜系統(tǒng)如何操作的問題，整定參數(shù)的人甚至比專業(yè)的運(yùn)行操作員更知道怎么操作，比他們更熟練的進(jìn)行手工干擾。因為只有我們知道怎樣操作是正確的，才能夠知道pid發(fā)出的指令是否正確的，才能夠知道怎樣修改pid

42、參數(shù)。另外，運(yùn)行操作員往往抱著一種急切的心理，看到被調(diào)量偏差大，恨不得一下子調(diào)正常。心情可以理解，往往偏離了正常的調(diào)節(jié)方法。我們除了要整定參數(shù)外，有時候還要擔(dān)負(fù)運(yùn)行操作講解員的責(zé)任。雖然在整體系統(tǒng)上我們不如他們，但是具體操作上，我們的理解有比他們強(qiáng)的地方?；ハ鄿贤ú拍芄餐M(jìn)步，才能搞好系統(tǒng)。同時，對于系統(tǒng)工藝操作的理解，對于實際發(fā)生的各種干擾問題，運(yùn)行操作員又比我們更熟悉。所以，我們還要虛心向他們請教。系統(tǒng)發(fā)生了波動，到底是什么原因造成的？什么因素之干擾的主要因素？怎樣操作彌補(bǔ)？了解清楚之后，再加上我們的分析，才能得到最真實的資料。我們要記住：溝通是雙向的。切入正題，說說綜合整定。假設(shè)有一個水

43、池，上面一個進(jìn)水管下面一個排水管。進(jìn)水管的流量不大確定，有時候穩(wěn)定，有時候有波動。我們要調(diào)節(jié)排水閥的開度來調(diào)整水池水位。如果水位高，我們要開排水閥放水。如果我們想要迅速平抑水位，那就要大開排水閥。大開排水閥造成水位急劇降低，這時候我們該怎么辦？水位急劇降低表明排水閥開過度了，也就是比例帶過小，水位急劇降低需要我們稍微關(guān)閉排水閥，否則水位按照目前降低的速度來看，有可能造成水位過低。那么，關(guān)閉排水閥屬于比例帶的調(diào)節(jié)作用。為什么？我們還記得么？比例作用趨勢圖的特征是：輸出曲線和被調(diào)量是相似形。我們這里調(diào)節(jié)器是正作用，那么水位急劇降低，我們的排水閥也應(yīng)該急劇關(guān)閉。比例先生比較規(guī)矩，干事情循規(guī)蹈矩，他的

44、行為準(zhǔn)則是一切跟著偏差走。他總是看偏差的臉色行事，設(shè)定值不變的情況下，也就是看被調(diào)量的臉色了。被調(diào)量怎樣走，他就怎樣走，一點(diǎn)都不知道變通。太不浪漫了。我們這個系統(tǒng)還有積分作用存在。積分女士比較自私，眼光也短，比例作用總說她不顧全大局。她說：我不管你什么大局小節(jié)，只要偏差存在我就要一直積下去。問題出來了：水位急劇降低，需要稍微關(guān)閉排水閥才能抑制水位降低的速度，可是積分女士這時候因為偏差大，反而更加起勁的要開排水閥。頭疼！作為調(diào)節(jié)器統(tǒng)攬全局的你該怎么辦？你要權(quán)衡兩者的作用。水位急劇降低，說明了比例過強(qiáng)，你要批評比例先生，讓他再謹(jǐn)慎點(diǎn)，讓比例帶大點(diǎn)。積分小姐也別得意，你也有問題。你的問題在于不顧大局

45、，水位都恁低了你還要開，你的積分時間也要大點(diǎn)。比例先生和積分小姐的意見一綜合疊加，決定：如果水位下降太慢，積分就再開點(diǎn)也無妨；如果下降得快，比例先生可要發(fā)揮作用；如果不算快也不算慢，兩個意見相加的結(jié)果抵消，喔，我也不知道該咋辦了，等形勢明朗了再決定，現(xiàn)在靜觀待變。水位急劇下降，你決定讓排水閥稍微關(guān)閉，水位下降勢頭得到抑制，水位保持在低于設(shè)定值的位置不變了，遲遲看不到水位變化，怎么辦？積分小姐，別矜持了，逐漸關(guān)閉些，一直等到水位達(dá)到目標(biāo)才行。如果積分增益太小，你就需要增加積分增益了。積分小姐慢吞吞的行使職責(zé)，這時候壞了！進(jìn)水管突然搗蛋，進(jìn)水閥門雖然沒有開，可是進(jìn)水流量不知道為什么突然增加，眼看著

46、水位蹭蹭蹭往上竄。急什么，比例，快點(diǎn)開，你要跟著水位的升高而升高。積分小姐也跟著使勁，因為這時候水位高于設(shè)定值了。正當(dāng)大家手忙腳亂的調(diào)整的時候，突然進(jìn)水閥流量又減小了，水位又急著降低！急得比例積分滿頭大汗，那個亂??！一邊抱怨：都怪那個搗蛋鬼進(jìn)水流量，他一直折騰我們！對??！我要監(jiān)視搗蛋鬼！把搗蛋鬼納入監(jiān)聽，只要他增加，排水閥別管比例積分說什么，只管開哦不在比例積分的面子還是要給的，在他們命令的基礎(chǔ)上再額外增加一個開度！瞧，前饋是個好辦法。這時候我們的系統(tǒng)改變了，由一個司令部變成了兩個：串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)誕生了。還有人說不。為了精兵簡政，不要后面的司令部，后面弄個加法塊咋樣？前面的司令部不答應(yīng)，他不是不

47、要權(quán)力，而是跟蹤讓他手忙腳亂。跟蹤為了告訴司令部現(xiàn)在前方部隊閥門開到什么位置了。在司令部休息的時候（手動狀態(tài)），司令部掌握前方部隊的位置，一旦司令部工作起來（自動狀態(tài)），司令部只要告訴前方部隊在現(xiàn)在的位置上增加或者減少多少就可以了?？墒且驗樗玖畈亢竺嬗袀€加法塊搗亂，司令部得到的始終是加后值。司令部由休息轉(zhuǎn)到工作的時候，就會出現(xiàn)工作失誤，一直循環(huán)疊加，會出問題的。所以還是要倆司令部的好。那個誰，第二個司令部，就不給你配備女秘書了。你別管水位高低，不要無差調(diào)節(jié)，你要積分也沒啥用。突然，前饋尖兵報告：等我知道消息已經(jīng)晚了，水量已經(jīng)大幅度波動了。這時候即使疊加了前饋調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)效果還是不明顯。要是能夠提

48、前知道搗蛋鬼的動作就好了。前饋尖兵回答：進(jìn)水管太孬了，前面幾十米彎彎曲曲，沒辦法設(shè)立監(jiān)聽站。怎么辦呢？一旁有個詩人含酸帶醋的，幽幽的道：唉！漫漫長夜，悠悠我心。世無伯樂，沉吟至今這個詩人叫做微分。抱歉，冷落微分很久了。把微分放在前饋尖兵上，效果馬上好轉(zhuǎn)。因為詩人有點(diǎn)神經(jīng)質(zhì)，前饋沒有波動的時候他趴著不動彈，一有波動他馬上就跳起來，嚇得司令部趕緊進(jìn)行調(diào)節(jié)，擾動得到了有效的遏制。調(diào)節(jié)效果好了，第一司令部有意見了。他說：給我施加點(diǎn)壓力吧，我要上進(jìn)，后面那個司令部就取消了，好么？可以取消了。因為我們看：微分這個詩人雖然浪漫，可是有點(diǎn)懶。前饋有變化的時候，他動作很積極，前饋不變的時候，他賴著不動了。運(yùn)行操

49、作員在投自動的時候，都是系統(tǒng)穩(wěn)定的時候。這時候搗蛋鬼沒有搗蛋，微分詩人在發(fā)呆，前方司令部的跟蹤的結(jié)果就是排水閥的開度。這時候如果取消第二司令部，用加法塊，完全可以。詩人打盹的時候，第一司令部的命令沒有被篡改。恩，這就是微分導(dǎo)前調(diào)節(jié)系統(tǒng)。你一定對詩人刮目相看了吧？你想要微分發(fā)揮更大作用么？那你就給水位增加個微分試試？不行的。進(jìn)水掉下來，砸到水池里，水位本來就上下波動，詩人這時候的神經(jīng)質(zhì)發(fā)作了，他讓你的司令部一刻不停的發(fā)布命令，讓排水閥忽關(guān)忽開。前敵執(zhí)行官排水閥叫林彪，他向司令部打報告：這是在走弓背路，亂指揮，我建議更換司令，讓有能力的人來干，否則我就罷工！得！怪誰？怪你，怪你用人不當(dāng)。自古哪有詩

50、人當(dāng)大任的？看明白了么？指揮可不簡單咧！2-12 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)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，這幾個指標(biāo)需要重視：l 衰減率：大約為0.75最好。好的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用俗話說“一大一小兩個波”最好。用數(shù)學(xué)方法表示出來，就是合適的衰減率。l 最大偏差：一個擾動來臨之后，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。一個整定好的穩(wěn)定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一般第一個波動最大，因為“一大一小兩個波”，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。l 波動范圍：顧名思義，沒必要多說。實際運(yùn)行中的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，擾動因素

51、是不斷存在的，因而被調(diào)量是不斷波動著的，所以波動范圍基本要達(dá)到一個區(qū)間。l 執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作次數(shù)。動作次數(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。l 穩(wěn)定時間：階躍擾動后，被調(diào)量回到穩(wěn)態(tài)所需要的時間。穩(wěn)定時間決定了系統(tǒng)抑制干擾偶的速度。2-11整定系統(tǒng)需要注意的幾個問題1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作次數(shù)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作次數(shù)不能過頻，過頻則容易燒壞電機(jī)。動作次數(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)波動較小，調(diào)節(jié)器的輸出波動也就小，執(zhí)行器波動也少；積分的章節(jié)已經(jīng)說過：如果輸入偏差不為零，

52、積分作用就會讓輸出一直向一個方向積下去。積分過強(qiáng)的話，會讓執(zhí)行器一次只動作一點(diǎn)，但是頻繁地一點(diǎn)點(diǎn)向一個方向動作；微分作用會讓執(zhí)行器反復(fù)波動。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)在剛得電動作的時候，電流大約是正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流的5-10倍。電機(jī)頻繁動作很容易升溫，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)，因為變

53、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)行器動作次數(shù)，一般都對pid調(diào)節(jié)器設(shè)置個死區(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開始計算。死區(qū)可以有效減少執(zhí)行器的動作次數(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，也會降低調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性。因為它造成了調(diào)節(jié)滯后。這一點(diǎn)不大容易被人理解。附圖8表明了死區(qū)過帶大來的調(diào)節(jié)滯后。圖8：前半部分是死區(qū)過大帶來調(diào)節(jié)滯后，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。后半部分降低了死區(qū)，調(diào)節(jié)效果

54、馬上有了大幅度的好轉(zhuǎn)。對于串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)的死區(qū)可以降低甚至取消。設(shè)置副調(diào)的死區(qū)就可以降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作次數(shù)了。3、裕度問題：調(diào)節(jié)系統(tǒng)要有一個合適的調(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“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)格計算的。不過也存在計算失誤的時候。通流量過大，執(zhí)行

55、機(jī)構(gòu)稍微動作一點(diǎn)就可能發(fā)生超調(diào)；反之執(zhí)行機(jī)構(gòu)大幅度動作還不能抑制干擾。所以這個問題也是個重要問題。如果通流量不合適，有些系統(tǒng)甚至不可能穩(wěn)定運(yùn)行。圖9表明了通流量過大，靜態(tài)偏差不能到零、系統(tǒng)難以達(dá)到理想穩(wěn)態(tài)的現(xiàn)象。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)行器也動作了，可是閥門流量沒變化，這屬于空行程問題?？招谐逃械氖菆?zhí)行其產(chǎn)生的，也有的是閥門產(chǎn)生的。一般的機(jī)構(gòu)都存在這個問題?？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

56、平滑的線性關(guān)系。這些線性關(guān)系包括直線型、等百分比型、拋物線型等。如果閥門使用時間長，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。這基本上是個頑疾。因為減溫水調(diào)節(jié)閥動作頻繁，經(jīng)常在完全關(guān)閉和打開之間反復(fù)波動，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。兩個問題加起來，給自動調(diào)節(jié)帶來很大的困難。在第三章中，咱們要專門談到，怎么從自動方面解決線性惡化問題。7、耦合

57、問題一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)，對另一個系統(tǒng)產(chǎn)生干擾互相干擾，或者是兩個調(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干擾的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，再整定被動系統(tǒng)。也可以在主動干擾的輸出乘以一個系數(shù)，作為被動干擾的前饋。 還有一種間接耦合。這個現(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。如果有人有這方面的意愿，可以找我聯(lián)系。上述的七個問題，真正能夠解決的不多。除下第三、四條無法用參數(shù)解決只能用參數(shù)緩解以外，其它問題都

58、可以通過控制策略、甚至僅僅靠整定參數(shù)就可以解決。我說句這句話真正相信的人不多，可是我就是這樣解決的。衡量一個人整定參數(shù)的水平就是看能不能解決復(fù)雜問題。舉個例子：我公司鍋爐蒸發(fā)量430噸/小時。我們的給水執(zhí)行器平均每2分鐘動作1次。一次發(fā)生意外，左側(cè)主汽門突然關(guān)閉，蒸汽流量瞬間下降100噸/小時，負(fù)荷由130mw下降到80mw，蒸汽壓力下降1mpa。而汽包水位自動沒有退出，波動范圍是-49mm73mm，設(shè)定值是39mm。而我們的控制策略就是很簡單很普遍的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，沒有做任何修改。圖8是當(dāng)時的調(diào)節(jié)效果截圖：圖9：主汽流量大干擾下的汽包水位波動曲線。所以，我始終認(rèn)為：國內(nèi)目前的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，參數(shù)整定的空間相當(dāng)大。如果這方面有想法的，可以聯(lián)系我，歡迎交流。2-14 整定參數(shù)的幾個認(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