大師級(jí)講解：自動(dòng)控制原理的故事

笑容不是為我

自動(dòng)控制的故事

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    說明：轉(zhuǎn)載文章，一直想找出原作者,，可惜網(wǎng)上搜索不到,，應(yīng)該是一位大師級(jí)人物

    自動(dòng)控制的科普綜述文章少之又少,，這一篇是難得好文章。甚至高于科普了,。自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生,，能夠把自己學(xué)的道理理解到這種程度的，又能占到多少比例呢,？

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　　寫完聚乙烯的故事,，就有寫自動(dòng)控制的故事的念頭,，但一直沒有動(dòng)筆。這個(gè)題目太大了,，大得都不知道從何說起,。既然大家看聚乙烯的故事還有一點(diǎn)意思,，四一在催,，馬鹿要“一”什么的，那就接著寫自動(dòng)控制的故事吧,。反正是故事,，別太當(dāng)真，看著好玩就接著看,，看著枯燥就拍桌子,，看著有錯(cuò)就提個(gè)醒,，看著糊涂的盡管問,，看著不耐煩了呢，也言語一聲,，我好閉上嘴不再煩人,。哈哈,。

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　　（一）

　　小時(shí)候喜歡看雜書,，沒什么東西看,，不正在文化大革命嘛？不過看進(jìn)去了兩個(gè)“化”：機(jī)械化和自動(dòng)化,。打小就沒有弄明白,，這機(jī)械化和自動(dòng)化到底有什么差別，機(jī)器不是自己就會(huì)動(dòng)的嗎,？長(zhǎng)大了,，總算稍微明白了一點(diǎn)，這機(jī)械化是力氣活,，用機(jī)器代替人的體力勞動(dòng),，但還是要人管著的，不然機(jī)器是不知道該干什么不該干什么的,；這自動(dòng)化嘛,，就是代替人的重復(fù)腦力勞動(dòng)，是用來管機(jī)器的,。也就是說,，自動(dòng)化是管著機(jī)械化的，或者說學(xué)自動(dòng)化的是管著學(xué)機(jī)械的……啊,，不對(duì),，不對(duì),，哪是哪啊,！
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　　有人考證古代就有自動(dòng)化的實(shí)例,，但現(xiàn)代意義上的自動(dòng)控制開始于瓦特的蒸汽機(jī)。據(jù)說紐考門比瓦特先發(fā)明蒸汽機(jī),，但是蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速控制問題沒有解決,，弄不好轉(zhuǎn)速飛升，機(jī)器損壞不說,，還可能說大事故,。瓦特在蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安了一個(gè)小棍，棍的一端和放汽閥連著,，放氣閥松開來就關(guān)閉,，轉(zhuǎn)速增加；按下去閥就打開,，轉(zhuǎn)速降低,；棍的另一端是一個(gè)小重錘，棍中間某個(gè)地方通過支點(diǎn)和轉(zhuǎn)軸連接,。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)起來的時(shí)候,，小棍由于離心力的緣故揮起來。轉(zhuǎn)速太高了,，小棍揮會(huì)揮得很高,，放汽閥就被按下去打開，轉(zhuǎn)速下降,；轉(zhuǎn)速太低了,，小棍揮不起來，放汽閥就被松開來關(guān)閉,，轉(zhuǎn)速回升,。這樣，蒸汽機(jī)可以自動(dòng)保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速,，即保證安全,，又方便使用。也就是因?yàn)檫@個(gè)小小的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,，瓦特的名字和工業(yè)革命連在一起,，而紐考門的名字就要到歷史書里去找了。
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　　類似的例子在機(jī)械系統(tǒng)里很多,，家居必備的抽水馬桶是另一個(gè)例子,。放水沖刷后，水箱里水位降低，浮子隨水面下降,，進(jìn)水閥打開,。隨著水位的升高，進(jìn)水閥逐漸關(guān)閉,，直到水位達(dá)到規(guī)定高度,，進(jìn)水閥完全關(guān)閉，水箱的水正好準(zhǔn)備下一次使用,。這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單但非常巧妙的水位控制系統(tǒng),，是一個(gè)經(jīng)典的設(shè)計(jì)，但不容易用經(jīng)典的控制理論來分析,，不過這是題外話了,。
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　　這些機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)巧妙，工作可靠,，實(shí)在是巧奪天工。但是在實(shí)用中,，如果每次都需要這樣的創(chuàng)造性思維,，那太累，最好有一個(gè)系統(tǒng)的方法,，可以解決“所有”的自動(dòng)控制問題,，這就是控制理論的由來。
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　　從小大人就教我們,，走路要看路,。為什么呢？要是不看著路,，走路走歪了也不知道,，結(jié)果就是東撞西撞的。要是看著路呢,？走歪了,，馬上就看到，趕緊調(diào)整腳步,，走回到正道上來,。這里有自動(dòng)控制里的第一個(gè)重要概念：反饋（feedback）。
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　　反饋是一個(gè)過程：
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　　1,、設(shè)定目標(biāo),，對(duì)小朋友走路的例子來說，就是前進(jìn)的路線,。

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　　2,、測(cè)量狀態(tài)，小朋友的眼睛看著路，就是在測(cè)量自己的前進(jìn)方向,。

　　3,、將測(cè)量到的狀態(tài)和設(shè)定的目標(biāo)比較，把眼睛看到的前進(jìn)方向和心里想的前進(jìn)方向作比較,，判斷前進(jìn)方向是否正確,；如果不正確，相差有多少,。

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　　4,、調(diào)整行動(dòng)，在心里根據(jù)實(shí)際前進(jìn)方向和設(shè)定目標(biāo)的偏差,，決定調(diào)整的量,。

　　5、實(shí)際執(zhí)行,，也就是實(shí)際挪動(dòng)腳步,，重回正確的前進(jìn)方向。
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　　在整個(gè)走路的過程中,，這個(gè)反饋過程周而復(fù)始,，不斷進(jìn)行，這樣,，小朋友就不會(huì)走得東倒西歪了,。但是，這里有一個(gè)問題：如果所有的事情都是在瞬時(shí)里同時(shí)發(fā)生的,，那這個(gè)反饋過程就無法工作,。要使反饋工作，一定要有一定的反應(yīng)時(shí)間,。還好,，世上之事，都有一個(gè)過程,，這就為反饋贏得了所需要的時(shí)間,。

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　　小時(shí)候，媽媽在鍋里蒸東西,，蒸好了,，從鍋里拿出來總是一個(gè)麻煩，需要抹布什么的墊著,，免得燙手,。但是碗和鍋的間隙不大，連手帶抹布伸進(jìn)去頗麻煩,，我常常不知天高地厚,，自告奮勇地徒手把熱的碗拿出來,。只要?jiǎng)幼骺欤�手起碗��,，可以不燙手,。當(dāng)然嘍，要是捧著熱碗再東晃晃,，西蕩蕩,，那手上感覺的溫度最終會(huì)和熱碗一樣，肯定要把手心,、手指燙熟不可的,。在從接觸碗到皮膚溫度和碗表面一樣，這里面有一個(gè)逐漸升溫的過程,，這就是動(dòng)態(tài)過程（dynamic process）,。這里面有兩個(gè)東西要注意：一個(gè)是升溫的過程有多快，另一個(gè)是最終的溫度可以升到多少,。要是知道了這兩個(gè)參數(shù),，同時(shí)知道自己的手可以耐受多少溫度，理論上可以計(jì)算出熱的碗在手里可以停留多少時(shí)間而不至于燙手,。
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　　反饋過程也叫閉環(huán)（closed loop）過程,。既然有閉環(huán)，那就有開環(huán)（open loop）,。開環(huán)就是沒有反饋的控制過程，設(shè)定一個(gè)控制作用,，然后就執(zhí)行,，不根據(jù)實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行校正。開環(huán)控制只有對(duì)簡(jiǎn)單的過程有效,，比如洗衣機(jī)和烘干機(jī)按定時(shí)控制,，到底衣服洗得怎么樣，烘得干不干,，完全取決于開始時(shí)的設(shè)定,。對(duì)于洗衣機(jī)、烘干機(jī)這樣的問題,，多設(shè)一點(diǎn)時(shí)間就是了,，稍微浪費(fèi)一點(diǎn)，但可以保證效果,。對(duì)于空調(diào)機(jī),，就不能不顧房間溫度，簡(jiǎn)單地設(shè)一個(gè)開10分鐘,、關(guān)5分鐘的循環(huán),，而應(yīng)該根據(jù)實(shí)際溫度作閉環(huán)控制，否則房間里的溫度天知道到底會(huì)達(dá)到多少。記得80年代時(shí),，報(bào)告文學(xué)很流行,。徐遲寫了一個(gè)《哥德巴赫猜想》，于是全國(guó)人民都爭(zhēng)當(dāng)科學(xué)家,。小說家也爭(zhēng)著寫科學(xué)家,，成就太小不行，所以來一個(gè)語不驚人死不休,，某大家寫了一個(gè)《無反饋快速跟蹤》,。那時(shí)正在大學(xué)啃磚頭，對(duì)這個(gè)科學(xué)新發(fā)現(xiàn)大感興趣,，從頭看到尾,，也沒有看明白到底是怎么無反饋快速跟蹤的。現(xiàn)在想想,，小說就是小說,，不過這無良作家也太扯，無反饋還要跟蹤,，不看著目標(biāo),，不看著自己跑哪了，這跟的什么蹤啊,，這和永動(dòng)機(jī)差不多了,，怎么不挑一個(gè)好一點(diǎn)的題目，冷聚變什么的,，至少在理論上還是可能的,。題外話了。

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　　在數(shù)學(xué)上,，動(dòng)態(tài)過程用微分方程描述,，反饋過程就是在描述動(dòng)態(tài)過程的微分方程的輸入項(xiàng)和輸出項(xiàng)之間建立一個(gè)關(guān)聯(lián)，這樣改變了微分方程本來的性質(zhì),。自動(dòng)控制就是在這個(gè)反饋和動(dòng)態(tài)過程里做文章的,。
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　　房間內(nèi)的空調(diào)是一個(gè)簡(jiǎn)單的控制問題。不過這只是指單一房間,，整個(gè)高層大樓所有房間的中央空調(diào)問題實(shí)際上是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題,，不在這里討論的范圍。夏天了,，室內(nèi)溫度設(shè)在28度,，實(shí)際溫度高于28度了，空調(diào)機(jī)啟動(dòng)致冷,，把房間的溫度降下來,；實(shí)際溫度低于28度了,，空調(diào)機(jī)關(guān)閉，讓房間溫度受環(huán)境氣溫自然升上去,。通過這樣簡(jiǎn)單的開關(guān)控制,，室內(nèi)溫度應(yīng)該就控制在28度。不過這里有一個(gè)問題,，如果溫度高于28度一點(diǎn)點(diǎn),，空調(diào)機(jī)就啟動(dòng)；低于28度一點(diǎn)點(diǎn),，空調(diào)機(jī)就關(guān)閉,；那如果溫度傳感器和空調(diào)機(jī)的開關(guān)足夠靈敏的話，空調(diào)機(jī)的開關(guān)頻率可以無窮高,，空調(diào)機(jī)不斷地開開關(guān)關(guān),，要發(fā)神經(jīng)病了，這對(duì)機(jī)器不好,，在實(shí)際上也沒有必要,。解決的辦法是設(shè)立一個(gè)“死區(qū)”（dead band），溫度高于29度時(shí)開機(jī),，低于27度時(shí)關(guān)機(jī),。注意不要搞反了，否則控制單元要發(fā)神經(jīng)了,。

　　有了一個(gè)死區(qū)后,，室內(nèi)溫度不再可能嚴(yán)格控制在28度，而是在27到29度之間“晃蕩”,。如果環(huán)境溫度一定,，空調(diào)機(jī)的制冷量一定，室內(nèi)的升溫/降溫動(dòng)態(tài)模型已知,，可以計(jì)算溫度“晃蕩”的周期。不過既然是講故事,，我們就不去費(fèi)那個(gè)事了,。
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　　這種開關(guān)控制看起來“土”，其實(shí)好處不少,。對(duì)于大部分過程來說,，開關(guān)控制的精度不高但可以保證穩(wěn)定，或者說系統(tǒng)輸出是“有界”的,，也就是說實(shí)際測(cè)量值一定會(huì)被限制在一定的范圍,，而不可能無限制地發(fā)散出去。這種穩(wěn)定性和一般控制理論里強(qiáng)調(diào)的所謂漸進(jìn)穩(wěn)定性不同,，而是所謂BIBO穩(wěn)定性,，前者要求輸出最終趨向設(shè)定值,，后者只要求在有界的輸入作用下輸出是有界的，BIBO指bounded input bounded output,。
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　　對(duì)于簡(jiǎn)單的精 度要求不高的過程,，這種開關(guān)控制（或者稱繼電器控制，relay control,，因?yàn)樽钤邕@種控制方式是用繼電器或電磁開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的）就足夠了,。但是很多時(shí)候，這種“毛估估”的控制滿足不了要求,。汽車在高速公路上行駛,，速度設(shè)在定速巡航控制，速度飄下去幾公里,，心里覺得吃虧了,，但要是飄上去幾公里，被警察抓下來吃一個(gè)罰單,，這算誰的,？

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　　開關(guān)控制是不連續(xù)控制，控制作用一加就是“全劑量”的,，一減也是“全劑量”的,，沒有中間的過渡。如果空調(diào)機(jī)的制冷量有三個(gè)設(shè)定,，：小,、中、大,，根據(jù)室溫和設(shè)定的差別來決定到底是用小還是中還是大,，那室溫的控制精度就可以大大提高，換句話說,，溫度的“晃蕩”幅度將大幅度減小,。那么，如果空調(diào)機(jī)有更多的設(shè)定,，從小小到小中到……到大大,，那控制精度是不是更高呢？是的,。既然如此,，何不用無級(jí)可調(diào)的空調(diào)機(jī)呢？那豈不可以更精確地控制室溫了嗎,？是的,。

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　　無級(jí)可調(diào)或連續(xù)可調(diào)的空調(diào)機(jī)可以精確控制溫度，但開關(guān)控制不能再用了,。家用空調(diào)機(jī)中,，連續(xù)可調(diào)的不占多數(shù),，但沖熱水淋浴是一個(gè)典型的連續(xù)控制問題，因?yàn)樗�龍頭可以連續(xù)調(diào)節(jié)水的流量,。沖淋浴時(shí),，假定冷水龍頭不變，只調(diào)節(jié)熱水,。那溫度高了,，熱水關(guān)小一點(diǎn)；溫度低了,，熱水開打一點(diǎn),。換句話說，控制作用應(yīng)該向減少控制偏差的方向變化,，也就是所謂負(fù)負(fù)反饋,。控制方向?qū)α�,，還有一個(gè)控制量的問題,。溫度高了1度，熱水該關(guān)小多少呢,？
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　　經(jīng)驗(yàn)告訴我們,，根據(jù)具體的龍頭和水壓，溫度高1度,，熱水需要關(guān)小一定的量,，比如說，關(guān)小一格,。換句話說,，控制量和控制偏差成比例關(guān)系，這就是經(jīng)典的比例控制規(guī)律：控制量=比例控制增益* 控制偏差,，偏差越大,，控制量越大�,？刂破�差就是��(shí)際測(cè)量值和設(shè)定值或目標(biāo)值之差,。在比例控制規(guī)律下，偏差反向,，控制量也反向。也就是說,，如果淋浴水溫要求為40度,，實(shí)際水溫高于40度時(shí)，熱水龍頭向關(guān)閉的方向變化,；實(shí)際水溫低于40度時(shí),，熱水龍頭向開啟的方向變化,。

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　　但是比例控制規(guī)律并不能 保證水溫能夠精確達(dá)到 40度。在實(shí)際生活中,，人們這時(shí)對(duì)熱水龍頭作微調(diào),，只要水溫還不合適，就一點(diǎn)一點(diǎn)地調(diào)節(jié),，直到水溫合適為止,。這種只要控制偏差不消失就漸進(jìn)微調(diào)的控制規(guī)律，在控制里叫積分控制規(guī)律,，因?yàn)榭刂屏亢涂刂破�差在時(shí)間上的累積成正比,，其比例因子就稱為積分控制增益。工業(yè)上常用積分控制增益的倒數(shù),，稱其為積分時(shí)間常數(shù),，其物理意義是偏差恒定時(shí)，控制量加倍所需的時(shí)間,。這里要注意的是,，控制偏差有正有負(fù)，全看實(shí)際測(cè)量值是大于還是小于設(shè)定值,，所以只要控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的,，也就是實(shí)際測(cè)量值最終會(huì)穩(wěn)定在設(shè)定值上，控制偏差的累積不會(huì)是無窮大的,。這里再啰嗦一遍,，積分控制的基本作用是消除控制偏差的余差（也叫殘差）。

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　　比例和積分控制規(guī)律可以應(yīng)付很大一類控制問題,，但不是沒有改進(jìn)余地的,。如果水管水溫快速變化，人們會(huì)根據(jù)水溫的變化調(diào)節(jié)熱水龍頭：水溫升高,，熱水龍頭向關(guān)閉方向變化,，升溫越快，開啟越多,；水溫降低,，熱水龍頭向開啟方向變化，降溫越快,，關(guān)閉越多,。這就是所謂的微分控制規(guī)律，因?yàn)榭刂屏亢蛯?shí)際測(cè)量值的變化率成正比,，其比例因子就稱為比例控制增益,，工業(yè)上也稱微分時(shí)間常數(shù)。微分時(shí)間常數(shù)沒有太特定的物理意義,，只是積分叫時(shí)間常數(shù),，微分也跟著叫了,。微分控制的重點(diǎn)不在實(shí)際測(cè)量值的具體數(shù)值，而在其變化方向和變化速度,。微分控制在理論上和實(shí)用中有很多優(yōu)越性,，但局限也是明顯的。如果測(cè)量信號(hào)不是很“干凈”,，時(shí)不時(shí)有那么一點(diǎn)不大不小的“毛刺”或擾動(dòng),，微分控制就會(huì)被這些風(fēng)吹草動(dòng)搞得方寸大亂，產(chǎn)生很多不必要甚至錯(cuò)誤的控制信號(hào),。所以工業(yè)上對(duì)微分控制的使用是很謹(jǐn)慎的,。


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　　比例-積分-微分控制規(guī)律是工業(yè)上最常用的控制規(guī)律。人們一般根據(jù)比例-積分-微分的英文縮寫,，將其簡(jiǎn)稱為PID控制,。即使在更為先進(jìn)的控制規(guī)律廣泛應(yīng)用的今天，各種形式的PID控制仍然在所有控制回路中占85%以上,。
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　　在PID 控制中,，積分控制的特點(diǎn)是：只要還有余差（即殘余的控制偏差）存在，積分控制就按部就班地逐漸增加控制作用,，直到余差消失,。所以積分的效果比較緩慢，除特殊情況外,，作為基本控制作用,，緩不救急。微分控制的特點(diǎn)是：盡管實(shí)際測(cè)量值還比設(shè)定值低,，但其快速上揚(yáng)的沖勢(shì)需要及早加以抑制,，否則，等到實(shí)際值超過設(shè)定值再作反應(yīng)就晚了,，這就是微分控制施展身手的地方了,。作為基本控制使用，微分控制只看趨勢(shì),，不看具體數(shù)值所在,，所以最理想的情況也就是把實(shí)際值穩(wěn)定下來，但穩(wěn)定在什么地方就要看你的運(yùn)氣了,，所以微分控制也不能作為基本控制作用,。比例控制沒有這些問題，比例控制的反應(yīng)快,，穩(wěn)定性好,，是最基本的控制作用，是“皮”，積分,、微分控制是對(duì)比例控制起增強(qiáng)作用的，極少單獨(dú)使用,，所以是“毛”,。在實(shí)際使用中比例和積分一般一起使用，比例承擔(dān)主要的控制作用,，積分幫助消除余差,。微分只有在被控對(duì)象反應(yīng)遲緩，需要在開始有所反應(yīng)時(shí),，及早補(bǔ)償,，才予以采用。只用比例和微分的情況很少見,。

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　　連續(xù)控制的精度是開關(guān)控制所不可比擬的,，但連續(xù)控制的高精度也是有代價(jià)的，這就是穩(wěn)定性問題,�,？刂圃鲆鏇Q定了控制作用對(duì)偏差的靈敏度。既然增益決定了控制的靈敏度,，那么越靈敏豈不越好,？非也。還是用汽車的定速巡航控制做例子,。速度低一點(diǎn),，油門加一點(diǎn)，速度低更多,，油門加更多,，速度高上去當(dāng)然就反過來。但是如果速度低一點(diǎn),，油門就加很多,，速度更低，油門狂加,，這樣速度不但不能穩(wěn)定在要求的設(shè)定值上,，還可能失控。這就是不穩(wěn)定,。所以控制增益的設(shè)定是有講究的,。在生活中也有類似的例子。國(guó)民經(jīng)濟(jì)過熱,，需要經(jīng)濟(jì)調(diào)整,，但調(diào)整過火，就要造成“硬著陸”，引起衰退,；衰退時(shí)需要刺激,，同樣，刺激過火,，會(huì)造成“虛假繁榮”,。要達(dá)成“軟著陸”，經(jīng)濟(jì)調(diào)整的措施需要恰到好處,。這也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題,。

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　　實(shí)際中到底多少增益才是最合適的，理論上有很多計(jì)算方法,，但實(shí)用中一般是靠經(jīng)驗(yàn)和調(diào)試來摸索最佳增益,，業(yè)內(nèi)行話叫參數(shù)整定。如果系統(tǒng)響應(yīng)在控制作用后面拖拖沓沓,，大幅度振蕩的話,，那一般是積分太過；如果系統(tǒng)響應(yīng)非常神經(jīng)質(zhì),，動(dòng)不動(dòng)就打擺子,，呈現(xiàn)高頻小幅度振蕩的話，那一般是微分有點(diǎn)過分,。中頻振蕩當(dāng)然就是比例的問題了,。不過各個(gè)系統(tǒng)的頻率都是不一樣的，到底什么算高頻,，什么算低頻,，這個(gè)幾句話說不清楚，應(yīng)了毛主席那句話：“具體情況具體分析”,，所以就打一個(gè)哈哈了,。

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　　再具體說起來，參數(shù)整定有兩個(gè)路子,。一是首先調(diào)試比例增益以保證基本的穩(wěn)定性,，然后加必要的積分以消除余差，只有在最必要的情況下,，比如反映遲緩的溫度過程或容量極大的液位過程,，測(cè)量噪聲很低，才加一點(diǎn)微分,。這是“學(xué)院派”的路子,，在大部分情況下很有效。但是工業(yè)界有一個(gè)“歪路子”：用非常小的比例作用,，但大大強(qiáng)化積分作用,。這個(gè)方法是完全違背控制理論的分析的,，但在實(shí)際中卻是行之有效，原因在于測(cè)量噪聲嚴(yán)重,，或系統(tǒng)反應(yīng)過敏時(shí),，積分為主的控制規(guī)律動(dòng)作比較緩和，不易激勵(lì)出不穩(wěn)定的因素,，尤其是不確定性比較高的高頻部分,，這也是鄧小平“穩(wěn)定壓倒一切”的初衷吧。

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　　在很多情況下,，在初始PID參數(shù)整定之后，只要系統(tǒng)沒有出現(xiàn)不穩(wěn)定或性能顯著退化,，一般不會(huì)去重新整定,。但是要是系統(tǒng)不穩(wěn)定了怎么辦呢？由于大部分實(shí)際系統(tǒng)都是開環(huán)穩(wěn)定的,，也就是說,，只要控制作用恒定不變，系統(tǒng)響應(yīng)最終應(yīng)該穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)值,，盡管可能不是設(shè)定值,，所以對(duì)付不穩(wěn)定的第一個(gè)動(dòng)作都是把比例增益減小，根據(jù)實(shí)際情況,，減小1/3,、1/2甚至更多，同時(shí)加大積分時(shí)間常數(shù),，常常成倍地加,，再就是減小甚至取消微分控制作用。如果有前饋控制,，適當(dāng)減小前饋增益也是有用的,。在實(shí)際中，系統(tǒng)性能不會(huì)莫名其妙地突然變壞,，上述“救火”式重新整定常常是臨時(shí)性的,，等生產(chǎn)過程中的機(jī)械或原料問題消除后，參數(shù)還是要設(shè)回原來的數(shù)值,，否則系統(tǒng)性能會(huì)太過“懶散”,。
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　　對(duì)于新工廠，系統(tǒng)還沒有投運(yùn),，沒法根據(jù)實(shí)際響應(yīng)來整定,，一般先估計(jì)一個(gè)初始參數(shù)，在系統(tǒng)投運(yùn)的過程中,，對(duì)控制回路逐個(gè)整定,。我自己的經(jīng)驗(yàn)是,，對(duì)于一般的流量回路，比例定在 0.5左右,，積分大約1分鐘,，微分為0，這個(gè)組合一般不致于一上來就出大問題,。溫度回路可以從2,、5、0.05開始,，液位回路從5,、10、0開始,，氣相壓力回路從10,、20、0開始,。既然這些都是憑經(jīng)驗(yàn)的估計(jì),，那當(dāng)然要具體情況具體分析，不可能“放之四海而皆準(zhǔn)”,。

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　　微分一般用于反應(yīng)遲緩的系統(tǒng),，但是事情總有一些例外。我就遇到過一個(gè)小小的冷凝液罐,，直徑才兩英尺,，長(zhǎng)不過5英尺，但是流量倒要8-12噸/小時(shí),，一有風(fēng)吹草動(dòng),，液位變化非常迅速，不管比例,、積分怎么調(diào),，液位很難穩(wěn)定下來，常常是控制閥剛開始反應(yīng),，液位已經(jīng)到頂或到底了,。最后加了0.05的微分，液位一開始變化,，控制閥就開始抑制,，反而穩(wěn)定下來了。這和常規(guī)的參數(shù)整定的路子背道而馳,，但在這個(gè)情況下,，反而是“唯一”的選擇，因?yàn)闇y(cè)量值和控制閥的飽和變成穩(wěn)定性主要的問題了,。
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　　對(duì)工業(yè)界以積分為主導(dǎo)控制作用的做法再啰嗦幾句,。學(xué)術(shù)上,，控制的穩(wěn)定性基本就是漸近穩(wěn)定性,，BIBO穩(wěn)定性是沒有辦法證明漸近穩(wěn)定性時(shí)的“退而求其次”的東西,，不怎么上臺(tái)面的。但是工業(yè)界里的穩(wěn)定性有兩個(gè)看起來相似,、實(shí)質(zhì)上不盡相同的方面：一個(gè)當(dāng)然是漸近穩(wěn)定性,，另一個(gè)則是穩(wěn)定性，但不一定向設(shè)定值收斂,，或者說穩(wěn)定性比收斂性優(yōu)先這樣一個(gè)情況,。具體來說，就是需要系統(tǒng)穩(wěn)定在一個(gè)值上,，不要?jiǎng)觼韯?dòng)去,，但是不是在設(shè)定值并不是太重要，只要不是太離譜就行,。例子有很多，比如反應(yīng)器的壓力是一個(gè)重要參數(shù),，反應(yīng)器不穩(wěn)定,，原料進(jìn)料比例就亂套，催化劑進(jìn)料也不穩(wěn)定,，反應(yīng)就不穩(wěn)定,，但是反應(yīng)器的壓力到底是10個(gè)大氣壓還是 12個(gè)大氣壓，并沒有太大的關(guān)系,，只要慢慢地但是穩(wěn)定地向設(shè)定值移動(dòng)就足夠了,。這是控制理論里比較少涉及的一個(gè)情況，這也是工業(yè)上時(shí)常采用積分主導(dǎo)的控制的一個(gè)重要原因,。
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　　前面說到系統(tǒng)的頻率,，本來也就是系統(tǒng)響應(yīng)持續(xù)振蕩時(shí)的頻率，但是控制領(lǐng)域里有三撥人在搗騰：一撥是以機(jī)電類動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)為特色的電工出身,，包括航空,、機(jī)器人等，一撥是以連續(xù)過程為特色的化工出身的,，包冶金,、造紙等，還有一撥是以微分方程穩(wěn)定性為特色的應(yīng)用數(shù)學(xué)出身的,。在瓦特和抽水馬桶的年代里,，各打各的山頭，井水不犯河水,，倒也太平,。但控制從藝術(shù)上升為理論后,，總有人喜歡“統(tǒng)一”，電工幫搶了先,，好端端的控制理論里被塞進(jìn)了電工里的頻率,。童子們哪，那哪是頻率啊,，那是……復(fù)頻率,。既然那些變態(tài)的電工幫（啊耶，這下鹿踹真的要來了）能折騰出虛功率,，那他們也能折騰出復(fù)頻率來,，他們自虐倒也算了，只是苦了我等無辜之眾,，被迫受此精神折磨,。


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　　事情的緣由是系統(tǒng)的穩(wěn)定性。前面提到,，PID的參數(shù)如果設(shè)得不好,，系統(tǒng)可能不穩(wěn)定。除了摸索,，有沒有辦法從理論上計(jì)算出合適的PID參數(shù)呢,？前面也提到，動(dòng)態(tài)過程可以用微分方程描述,，其實(shí)在PID的階段,，這只是微分方程中很狹窄的一支：?jiǎn)巫兞烤�性常微分方程。要是還記得大一高數(shù),，一定還記得線形常微的解,，除了分離變量法什么的，如果自變量時(shí)間用t表示的話,，最常用的求解還是把 exp(λt)代入微分方程,，然后解已經(jīng)變成λ的代數(shù)方程的特征方程，解出來的解可以是實(shí)數(shù),，也可以是復(fù)數(shù),，是復(fù)數(shù)的話，就要用三角函數(shù)展開了（怎么樣,，大一噩夢(mèng)的感覺找回來一點(diǎn)沒有,？）。只要實(shí)根為負(fù),，那微分方程就是穩(wěn)定的,，因?yàn)樨?fù)的指數(shù)項(xiàng)最終向零收斂，復(fù)根到底多少就無所謂了,，對(duì)穩(wěn)定性沒有影響,。但是,，這么求解分析起來還是不容易，還是超不出“具體情況具體分析”,，難以得出一般的結(jié)論,。

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法國(guó)人以好色、好吃出名,，但是他們食色性也之后,，還不老實(shí)，其中一個(gè)叫拉普拉斯的家伙,，搗鼓出什么拉普拉斯變換,，把常微分方程變成s的多項(xiàng)式。然后那幫電工的家伙們,，喜歡自虐,，往s里塞jω，就是那個(gè)復(fù)頻率,，整出一個(gè)變態(tài)的頻率分析,，用來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。不過說變態(tài),，也不完全公平,，在沒有計(jì)算機(jī)的年代，各種圖表是最有效的分析方法,，還美其名曰“幾何分析”。頻率分析也不例外,。美國(guó)佬Evans搞出一個(gè)根軌跡（root locus）,，思路倒是滿有意思的。他用增益作自變量,，將系統(tǒng)的根（不管實(shí)的虛的）在復(fù)平面上畫出軌跡來,，要是軌跡在左半平面打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，那就是實(shí)根為負(fù),，就是穩(wěn)定的,。再深究下去，系統(tǒng)響應(yīng)的臨界頻率之類也可以計(jì)算出來,。最大的好處是,，對(duì)于常見的系統(tǒng)，可以給出一套作圖規(guī)則來,，熟練的大牛,、小牛、公牛,、母牛們,，眼睛一瞄,，隨手就可以畫出根軌跡來，然后就可以告訴你,，增益變化多多少,，系統(tǒng)開始振蕩，再增加多少,，系統(tǒng)會(huì)不穩(wěn)定,，云云。

　　
3 @" t7 ?/ N" I根軌跡還是比較客氣的,，還有更變態(tài)的奈奎斯特,、伯德和尼科爾斯法，想想腦子都大,。都是叫那幫電工分子害的,。時(shí)至今日，計(jì)算機(jī)分析已經(jīng)很普及了,，但是古典的圖示分析還是有經(jīng)久不衰的魅力,，就是因?yàn)閳D示分析不光告訴你系統(tǒng)是穩(wěn)定還是不穩(wěn)定，以及其他一些動(dòng)態(tài)響應(yīng)的參數(shù),，圖示分析還可以定性地告訴你增益變化甚至系統(tǒng)參數(shù)變化引起的閉環(huán)性能變化,。咦，剛才還不是在說人家變態(tài)嗎,？呃,，變態(tài)也有變態(tài)的魅力不是？哈哈,。
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　　以頻率分析（也稱頻域分析）為特色的控制理論稱為經(jīng)典控制理論,。經(jīng)典控制理論可以把系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析得天花亂墜，但有兩個(gè)前提：一,、要已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,，這在實(shí)際中不容易得到；二,、被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型不會(huì)改變或漂移,，這在實(shí)際中更難做到。對(duì)簡(jiǎn)單過程建立微分方程是可能的,，但簡(jiǎn)單過程的控制不麻煩,，經(jīng)驗(yàn)法參數(shù)整定就搞定了，不需要費(fèi)那個(gè)麻煩,，而真正需要理論計(jì)算幫忙的回路,，建立模型太困難，或者模型本身的不確定性很高，使得理論分析失去意義,。經(jīng)典控制理論在機(jī)械,、航空、電機(jī)中還是有成功的應(yīng)用,，畢竟從F=ma出發(fā),，可以建立“所有”的機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，鐵疙瘩的重量又不會(huì)莫名其妙地改變,，主要環(huán)境參數(shù)都可以測(cè)量,，但是經(jīng)典控制理論至少在化工控制中實(shí)用成功的例子實(shí)在是鳳毛麟角，給你一個(gè)50塊塔板的精餾塔,，一個(gè)氣相進(jìn)料,，一個(gè)液相進(jìn)料，塔頂,、塔底出料加一個(gè)側(cè)線出料,，塔頂風(fēng)冷冷凝器，塔底再沸器加一個(gè)中間再沸器,，你就慢慢建模去吧,，等九牛二虎把模型建立起來了，風(fēng)冷冷凝器受風(fēng)霜雨雪的影響,，再沸器的高壓蒸汽的壓力受友鄰裝置的影響,，氣相進(jìn)料的溫度和飽和度受上游裝置的影響而改變，液相進(jìn)料的混合組分受上游裝置的影響而改變,，但組分無法及時(shí)測(cè)量（在線氣相色譜分析結(jié)果要45 分鐘才能出來）,，動(dòng)態(tài)特性全變了。

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　　老家伙歌德兩百年前就說了,，理論是灰色的,，生命之樹常青。我們知道馬鹿喜歡金光的或者銀光的,，至少也要紅的，不過只好將就啦,，青綠地干活,。在實(shí)用中，PID有很多表兄弟,，幫著大表哥一塊打天下,。
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　　比例控制的特點(diǎn)是：偏差大，控制作用就大,。但在實(shí)際中有時(shí)還嫌不夠,，最好偏差大的時(shí)候，比例增益也大,，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)大偏差的矯正作用,，及早把系統(tǒng)拉回到設(shè)定值附近,；偏差小的時(shí)候，當(dāng)然就不用那么急吼吼,，慢慢來就行,，所以增益小一點(diǎn)，加強(qiáng)穩(wěn)定性,。這就是雙增益PID（也叫雙模式PID）的起源,。想想也對(duì)，高射炮瞄準(zhǔn)敵機(jī)是一個(gè)控制問題,。如果炮管還指向離目標(biāo)很遠(yuǎn)的角度,，那應(yīng)該先盡快地把炮管轉(zhuǎn)到目標(biāo)角度附近，動(dòng)作猛一點(diǎn)才好,；但炮管指向已經(jīng)目標(biāo)很近了,，就要再慢慢地精細(xì)瞄準(zhǔn)。工業(yè)上也有很多類似的問題,。雙增益PID的一個(gè)特例是死區(qū)PID（PIDwith dead band）,，小偏差時(shí)的增益為零，也就是說,，測(cè)量值和設(shè)定值相差不大的時(shí)候,，就隨他去，不用控制,。這在大型緩沖容器的液位控制里用得很多,。本來緩沖容器就是緩沖流量變化的，液位到底控制在什么地方并不緊要,，只要不是太高或太低就行,。但是，從緩沖容器流向下游裝置的流量要盡可能穩(wěn)定,，否則下游裝置會(huì)受到不必要的擾動(dòng),。死區(qū)PID對(duì)這樣的控制問題是最合適的。但是天下沒有免費(fèi)的午餐,。死區(qū)PID的前提是液位在一般情況下會(huì)“自動(dòng)”穩(wěn)定在死區(qū)內(nèi),，如果死區(qū)設(shè)置不當(dāng)，或系統(tǒng)經(jīng)常受到大幅度的擾動(dòng),，死區(qū)內(nèi)的“無控”狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致液位不受限制地向死區(qū)邊界“挺進(jìn)”,，最后進(jìn)入“受控”區(qū)時(shí)，控制作用過火,，液位向相反方向不受限制地“挺進(jìn)”,，最后的結(jié)果是液位永遠(yuǎn)在死區(qū)的兩端振蕩，而永遠(yuǎn)不會(huì)穩(wěn)定下來，業(yè)內(nèi)叫hunting（打獵,？打什么,？打鹿？）,。雙增益PID也有同樣的問題,，只是比死區(qū)PID好一些，畢竟只有“強(qiáng)控制”和“弱控制”的差別,，而沒有“無控區(qū)”,。在實(shí)用中，雙增益的內(nèi)外增益差別小于2：1沒有多大意義,，大于 5：1就要注意上述的持續(xù)振蕩或hunting的問題,。
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　　雙增益或死區(qū)PID的問題在于增益的變化是不連續(xù)的，控制作用在死區(qū)邊界上有一個(gè)突然的變化,，容易誘發(fā)系統(tǒng)的不利響應(yīng),，平方誤差PID就沒有這個(gè)問題。誤差一經(jīng)平方,，控制量對(duì)誤差的曲線就成了拋物線,，同樣達(dá)到“小偏差小增益、大偏差大增益”的效果,，還沒有和突然的不連續(xù)的增益變化,。但是誤差平方有兩個(gè)問題：一是誤差接近于零的時(shí)候，增益也接近于零,，回到上面死區(qū)PID的問題,；二是很難控制拋物線的具體形狀，或者說,，很難制定增益在什么地方拐彎,。對(duì)于第一個(gè)問題，可以在誤差平方PID上加一個(gè)基本的線性PID,，是零誤差是增益不為零,；對(duì)于后一個(gè)問題，就要用另外的模塊計(jì)算一個(gè)連續(xù)變化的增益了,。具體細(xì)節(jié)比較瑣碎,，將偏差送入一個(gè)分段線性化（也就是折線啦）的計(jì)算單元，然后將計(jì)算結(jié)果作為比例增益輸出到PID控制器,，折線的水平段就對(duì)應(yīng)予不同的增益,，而連接不同的水平段的斜線就對(duì)應(yīng)于增益的連續(xù)變化,。通過設(shè)置水平段和斜線段的折點(diǎn),，可以任意調(diào)整變?cè)鲆娴那�線。要是“野心”大一點(diǎn)，再加幾個(gè)計(jì)算單元,，可以做出不對(duì)稱的增益,，也就是升溫時(shí)增益低一點(diǎn)，降溫時(shí)增益高一點(diǎn),，以處理加熱過程中常見的升溫快,、降溫慢的問題。
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　　雙增益或誤差平方都是在比例增益上作文章,，同樣的勾當(dāng)也可以用在積分和微分上,。更極端的一種PID規(guī)律叫積分分離 PID，其思路是這樣的：比例控制的穩(wěn)定性好,，響應(yīng)快,，所以偏差大的時(shí)候，把PID中的積分關(guān)閉掉,；偏差小的時(shí)候,，精細(xì)調(diào)整、消除余差是主要問題,，所以減弱甚至關(guān)閉比例作用,，而積分作用切入控制。概念是好的,，但具體實(shí)施的時(shí)候,，有很多無擾動(dòng)切換的問題。
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　　這些變態(tài)的PID在理論上很難分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性,，但在實(shí)用中解決了很多困難的問題,。大言不慚一句，這些PID本人在實(shí)際中都用過,。
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　　復(fù)雜結(jié)構(gòu)PID
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　　打仗時(shí),，如果敵人太頑固，要么換更大的炮,，把敵人轟倒,；要么采用更巧妙的戰(zhàn)術(shù)，把敵人暈倒,�,？刂埔彩且粯樱瑔位芈稰ID難以解決的問題,，常�,？梢酝ㄟ^更巧妙的回路結(jié)構(gòu)來解決。

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　　單一的PID回路當(dāng)然可以實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)抑制,，但要是主要擾動(dòng)在回路中,，而且是明確的,，加一個(gè)內(nèi)回路作幫手是一個(gè)很不錯(cuò)的主意。還記得洗熱水澡的例子嗎,？要是熱水壓力不穩(wěn)定,，老是要為這個(gè)而調(diào)整熱水龍頭，那很麻煩,。要是有一個(gè)人專門負(fù)責(zé)根據(jù)熱水壓力調(diào)節(jié)熱水流量,，把熱水壓力穩(wěn)定下來，而且穩(wěn)定在標(biāo)定值,，那洗澡的時(shí)候,，水溫就容易控制多了，只要告訴那個(gè)人現(xiàn)在需要多少熱水流量,，而不必?zé)┬臒崴畨毫��?duì)熱水流量的影響,。這個(gè)負(fù)責(zé)熱水流量的控制回路就是內(nèi)回路，也叫副回路,，而洗澡的溫度就是外回路,，也叫主回路，當(dāng)然是主回路指揮副回路,，就像自動(dòng)化指揮機(jī)械化,、學(xué)自控的人指揮學(xué)機(jī)電的人……打住打住，再扯遠(yuǎn)了要挨鹿踹了,，或者馬踹,、牛踹、驢踹……,。這種主回路套副回路的結(jié)構(gòu)叫串級(jí)控制（cascade control）,，曾經(jīng)是單回路PID后工業(yè)上第一種“先進(jìn)過程控制”，現(xiàn)在串級(jí)已經(jīng)用得很多了,，也不再有人叫它“先進(jìn)過程控制”了,。串級(jí)控制最主要的功用是抑制回路內(nèi)的擾動(dòng)，增強(qiáng)總體控制性能,。不過串級(jí)也不能亂用,。如果主回路和副回路的相應(yīng)速度差不多，或者主回路的相應(yīng)速度甚至慢于副回路（通過變態(tài)的調(diào)試是可以做到的）,，這樣的串級(jí)要出問題,。理論上可以用共振頻率什么的分析，但是不用費(fèi)那個(gè)事,，用膝蓋想想就知道,，一個(gè)急性子的頭兒把一個(gè)溫吞水的下屬指揮得團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)，結(jié)果只能是大家都精疲力竭,，事情還辦砸了,。相反,，一個(gè)鎮(zhèn)定自若的頭兒指揮一個(gè)手腳麻利的下屬，那事情肯定辦得好,。

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　　如果主要擾動(dòng)在回路以外，但是可以預(yù)知,，那就要用另一個(gè)辦法,，就是馬鹿前面說到的前饋了。還是用洗熱水澡的例子,。如果冷水管和同一個(gè)水房的抽水馬桶功用,，你在洗澡，別人一抽水,，那你就變煮熟的龍蝦了（本想說猴子PP的,，但是那個(gè)不雅，我們要五講四美不是,？）,。這個(gè)時(shí)候，要使那個(gè)人在抽水的同時(shí)告訴你一聲,，你算好時(shí)間,，算好量，猛減熱水,，那溫度還是可以大體不變的,。這就是所謂前饋控制（feed-forward control）。前饋控制有兩個(gè)要緊的東西：一是定量的擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響,，也就是所謂前饋增益,；二是擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)，別人抽水到洗澡龍頭的水溫變熱,，這里面有一個(gè)過程,，不是立時(shí)三刻的。如果可以精確知道這兩樣?xùn)|西,，那前饋補(bǔ)償可以把可測(cè)擾動(dòng)完全補(bǔ)償?shù)�,。但�?shí)際上沒有精確知道的事情，要是指望前饋來完全補(bǔ)償,，弄巧成拙是肯定的,。所以前饋通常和反饋一起用，也就是在PID回路上再加一個(gè)前饋,。一般也只用靜態(tài)前饋,，也就是只補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控變量的靜態(tài)影響，而忽略擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)因素,，主要是為了靜態(tài)前饋已經(jīng)把前饋80%的好處發(fā)掘出來了,，動(dòng)態(tài)前饋既復(fù)雜又不可靠,，在PID回路里很少有人用。理論上的前饋都是在PID 的控制作用上再加一個(gè)前饋?zhàn)饔�,，�?shí)際上也可以乘一個(gè)控制作用,。乘法前饋的作用太猛，我從來沒有用過,，一般都是用加法,。在實(shí)施中，前饋是和擾動(dòng)的變化（也就是增量）成比例的,，所以擾動(dòng)變量不變了,，前饋?zhàn)饔镁拖�失，否則,，整定前饋控制增益會(huì)對(duì)PID主回路造成擾動(dòng),。前饋增益可以根據(jù)粗略計(jì)算得到，比如說,，抽水的量會(huì)造成溫度下降多少,、需要調(diào)整多少熱水流量才能維持溫度，這不難從熱量平衡算出來,。不想費(fèi)這個(gè)事的話,，也可以從歷史數(shù)據(jù)中推算。一般算出來一個(gè)前饋增益后,，打上7折甚至5折再用,，保險(xiǎn)一點(diǎn)，不要矯枉過正,。

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　　前饋?zhàn)饔靡话闶怯米鬏o助控制作用的,，但是在特殊情況下，前饋也可以作為“預(yù)加載” （pre-loading）作為基準(zhǔn)控制作用,。比如說,，在一個(gè)高壓系統(tǒng)的啟動(dòng)過程中，壓力可以從靜止?fàn)顟B(tài)的常壓很快地什到很高的壓力,。高壓系統(tǒng)不容許閥門大幅度運(yùn)動(dòng),，所以控制增益都比較低，但是這樣一來,，啟動(dòng)升壓過程中,，壓力控制的反應(yīng)就十分遲緩，容易造成壓力過高,。這時(shí)用壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速或高壓進(jìn)料的流量作前饋,，將壓力控制閥“預(yù)先”放到大概的位置，然后再用反饋慢慢調(diào)節(jié),，就可以解決這個(gè)問題,。

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　　有點(diǎn)搞笑兄在前面提到用單個(gè)閥門有時(shí)難以控制大 范圍變化的流量,，這是一個(gè)很實(shí)際的問題。工業(yè)閥門一般turndown只有10：1,，也就是說,，如果這個(gè)閥門的最大流量是100噸/小時(shí)的話，低于10噸/小時(shí)就難以控制了,，當(dāng)然,，高于90噸/小時(shí)也幾近失去控制。所以,，要真的保證0-100的精確控制，需要將一個(gè)大閥和一個(gè)小閥并列,，小閥負(fù)責(zé)小流量時(shí)的精確控制,，大閥負(fù)責(zé)大流量時(shí)的精確控制，這就是所謂的分程控制（split range control）,。分程控制時(shí),，小閥首先打開，超過小閥最大流量是小閥就固定在全開位置,，大閥開始打開,，接過控制。這是開-開型分程控制,。也有關(guān)-開型分程控制,，比如反應(yīng)器夾套溫度控制，隨溫度逐漸上升,，冷卻水逐漸關(guān)閉,，直到冷卻水全關(guān)，加熱蒸氣開始打開,。分程控制當(dāng)然不一定只有兩截,，三截甚至更多都是可以的，道理都一樣,。分程控制的問題在于不同閥門的交接點(diǎn),。閥門在特別小的開度時(shí)，控制非常不靈敏,，前面說到的10：1也是這個(gè)道理,。所以實(shí)用中，開-開型分程控制常常在交接點(diǎn)附近有一段重疊,，也就是小閥快要全開但還沒有全開時(shí),，大閥已經(jīng)開始動(dòng)作，這樣,，到小閥全開,、不能再動(dòng)彈時(shí),，大閥已經(jīng)進(jìn)入有效控制范圍。關(guān)-開型分程控制常常在交接點(diǎn)設(shè)置一個(gè)死區(qū),，避免出現(xiàn)兩個(gè)閥都有一點(diǎn)點(diǎn)開度的情況,。分程控制的交接點(diǎn)的設(shè)置有一點(diǎn)講究，應(yīng)該根據(jù)閥的大小,。比如A閥比 B閥大一倍,，那分程點(diǎn)應(yīng)該設(shè)在1/3先開B閥，而不是懶漢做法的1/2,。
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　　很多過程參數(shù)都是可以測(cè)量的,，但也有很多參數(shù)是沒法直接測(cè)量的，這時(shí),，如果能夠通過別的可以測(cè)量的過程參數(shù)來間接計(jì)算真正需要控制的參數(shù),，這就是所謂的推斷控制（inferential control）。比如精餾塔頂?shù)漠a(chǎn)品純度可以用氣相色譜（gaschromatograph,，GC）來測(cè)量,，但結(jié)果要等40分鐘才能出來，用來做實(shí)時(shí)控制,，黃花菜都涼了,。推斷控制是和“軟傳感器”（soft sensor）的概念緊密相連的。對(duì)精餾塔塔頂純度這個(gè)例子來說,，可以用純度和塔頂溫度,、壓力作一個(gè)數(shù)學(xué)模型，用可以測(cè)量的溫度和壓力,，間接計(jì)算出純度,。在計(jì)算機(jī)控制普及的今天，這是很容易實(shí)現(xiàn)的,，但是在很多地方,，推斷控制仍然被看成很神秘的東西，悲哀,。

　　有的時(shí)候,，對(duì)同一個(gè)變量有不止一個(gè)控制手段。比如說,，風(fēng)冷器有風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié),，也有百葉窗的開度可以調(diào)節(jié)。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的效果快,，控制精確,；百葉窗開度的效果猛，不容易掌握，但有利于節(jié)能,。所以,，可以用風(fēng)扇的快速響應(yīng)來控制溫度，但是用百葉窗開度來通過溫度間接地緩慢地影響風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速回到最經(jīng)濟(jì)的設(shè)定,。當(dāng)然百葉窗開度的控制回路必須要比風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制回路整定得慢得多，一般是緩慢的純積分控制,，否則兩人要打架,。由于這相當(dāng)于控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的“閥位”，工業(yè)上稱其為閥位控制（valve position control）,。這個(gè)閥位控制也可以變一變,，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速高于某一數(shù)值（比如80%的最大轉(zhuǎn)速）時(shí)，把百葉窗開大一格,，還是高就繼續(xù)開大,；風(fēng)扇轉(zhuǎn)速低于某一數(shù)值（比如低于20%最大轉(zhuǎn)速）時(shí)，把百葉窗關(guān)小一格,。這實(shí)際上是一個(gè)單向的積分作用,，不同的地方有兩點(diǎn)：
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　　一,、有兩個(gè)設(shè)定值,，由風(fēng)扇轉(zhuǎn)速是高還是低而定
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　　二、積分作用只有在風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在這兩個(gè)“極限”的外面起作用,，在里面時(shí),，百葉窗的開度不變。
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　　這樣,，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速不必回到一個(gè)特定值,，而是可以在一個(gè)范圍內(nèi)浮動(dòng)。

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　　另 外一個(gè)兩個(gè)控制器“競(jìng)爭(zhēng)”一個(gè)控制閥的情況是選擇性控制（override control或selective control）,。舉個(gè)例子,，鍋爐的溫度由燃料流量控制，溫度高了,，燃料流量就減下來,，但是燃料流量低到燃料管路壓力低于爐膛壓力，那要出現(xiàn)危險(xiǎn)的回火,，所以,，這時(shí)，燃料管路壓力就要接管控制,，而犧牲爐膛溫度,。換句話說，正常時(shí)候，爐膛溫度控制起作用,，燃料管路壓力低于一定數(shù)值時(shí),，燃料管路壓力控制器作用。在實(shí)施時(shí),，就是爐膛溫度控制器和燃料管路壓力控制器的輸出都接到一個(gè)高選器,，然后搞選器的輸出接到實(shí)際的燃料閥。這個(gè)概念很清楚,，但是初次接觸選擇性控制的人,，常常容易被高選還是低選搞糊涂，明明是壓力太低,，怎么是高選呢,？其實(shí)，只要記住高選還是低選是從閥門這一頭看的,，和溫度,、壓力的高度沒有關(guān)系。如果“非�,！弊兞砍�過界限了,，你要閥門打開，那就是高選,；你要閥門關(guān)閉,，那就是低選。
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　　PID從二,、三十年到開始在工業(yè)界廣泛應(yīng)用,，戲法變了幾十年，也該換換花樣了,。PID說一千道一萬,，還是經(jīng)典控制理論的產(chǎn)物。50-60年代時(shí),，什么都要現(xiàn)代派,，建筑從經(jīng)典的柱式、比例,、細(xì)節(jié)的象征意義,，變到“形式服從功能”的鋼架玻璃盒子；汽車從用機(jī)器牽引的馬車,，變到流線型的鋼鐵的藝術(shù),；控制理論也要緊跟形勢(shì)，要現(xiàn)代化,。這不,，美國(guó)佬卡爾曼隆重推出……現(xiàn)代控制理論。

biudiu

先睡覺,，Mark一下,，謝謝分享

zsdwx

形象生動(dòng)，深入淺出,，大贊,！我這樣的自控方面小白看完也能有所獲益。大師如果能再說說模糊控制方面的東西就更好了,。

su27sks

這是你寫的,？寫得不錯(cuò)，挺有趣的,，知識(shí)豐富,，比老師講的要通俗易懂

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文章寫于2005年，作者晨楓,，是老三屆的大學(xué)生,。

andyany

這才是玩控制的,。

jxwys2008

受益匪淺，收藏了

西斜

淺顯易懂,，太好了

把刀用好

看了前面一小段,，跟管理里的PDCA一個(gè)思路。

沒文化

佩服