PID控制还不够“好”？—— 6种先进策略让PID足够强大！
比例-积分-微分(PID)控制方案是可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)用来控制复杂过程和管理动态工业系统的常用方法。许多可用的在线资源都围绕着如何控制偏差和Zui小化过程波动的设置和控制回路调谐方法的基本原理展开，包括如何选择初始增益、何时使用微分控制、如何调整PID以获得响应时间和减少超调量等。
PID控制对于大多数工业控制应用而言都是不错的选择，但有时它不足以处理具有挑战性或无法归结为简单设定值（SP）、过程变量（PV）和控制变量（CV）的系统。有些系统的死区时间较长，即CV 发生变化到 PV 发生明显变化所需的时间。在这种情况下，有六种先进策略可以简化流程，帮助在具有挑战性的应用中补充PID控制。
01
调谐仪表以获得更好的PID结果
PID 的 PV 输入驱动着控制环路其他部分的一切运行。有噪声的测量会使偏差计算（SP和PV之间的差值）不稳定。
在对输入和输出（I/O）进行扫描的单个周期内，如果偏差出现显著变化或波动，那么微分输出就比较大，CV会立即冲到Zui小或Zui大值。调整或更换产生噪声PV的仪表，可以将不稳定的控制回路转变为性能良好的系统。
02
信号滤波清理PID信息
一些过程参数有噪声，仪表会准确记录这些噪声。处理该噪声的一种方法是使用信号滤波。这种方法包括对PV使用基于时间的滤波器，并将瞬时信号替换为某个时间段内的平均值。
在选择滤波方案时，目标应该是在消除噪声的尽可能多地保留有意义的信号。重要的是要记住，PID积分项是对偏差的时间滤波评估，应用了两次滤波。为了控制带噪声的PV，一些控制回路的调整过于激进。在这种情况下，减少增益以对PID进行去调谐，将比信号滤波效果更佳。信号滤波可能会对运行人员和控制回路隐藏重要的过程信息，要谨慎使用。
03
级联控制，使用一个PID来控制另一个PID
控制高难度PV的另一种方法，是使用一个PID来控制另一个PID，这被称为级联PID控制。高优先级PV被馈送到低速主PID，该主PID将动态SP发送到快速二级PID，该二级PID控制不同的二级PV，通过过程交互影响主PV。例如，蒸汽热交换器的压力是一个快速变化的属性，可以通过调节来控制流出热交换器的流体的慢速温度。通过控制次级PV（压力），可以使初级PV（温度）更快地达到其SP值，并使其保持在SP值上，几乎不会出现直接使用单个PID控制温度所产生的振荡。
04
前馈控制：基于未来预期的变化
有时，控制系统设计者准确地知道：CV变化时PV将如何反应，他们可以将这些知识编码到控制策略中。这就是广泛使用的前馈。PID系统基本上是一种反馈方案，在CV发生变化，测量由此产生的PV变化以计算新的偏差项。在前馈中，控制逻辑使用CV变化来计算误差项的预期变化，并将其用于PID逻辑。
许多现代PID控制逻辑对象都包含一个前馈项的输入，它通常有自己的增益调整常数。通常情况下，如果比例-积分 (PI)控制器出现问题，zuihao的改进方法是增加一些前馈项，而不是增加微分控制，前提是能找到合适的前馈变量。
05
增益调度有时可以帮助PID
对于在预定运行范围内是非线性的过程，如果运行范围内的每一段基本上都是线性响应，那么PID控制仍然是一种选择。可以为每个分段确定比例、积分和微分增益，在PID对象中进行编程，以便在流程沿不同线性域移动时对其进行更改。这通常称为增益调度。
在进行增益调度时要谨慎，要特别注意增益区间的界限。如果该过程经常在边界附近运行，则应考虑更改增益调度，以避免在增益之间频繁切换。
06
模型预测控制可利用控制器的强大功能
现代PLC和DCS中使用更快的中央处理单元（CPU）。有些人可能还记得，为了避免控制器出现故障或跳过例程，人们曾煞费苦心地管理控制器内存使用率和时钟周期。现在，控制器的CPU具有惊人的计算能力，这开启了被称为模型预测控制（MPC）的控制方案创新。在MPC中，控制系统工程师与物理过程方面的专家合作，为物理过程设计一个数学模型，并将其置于控制器中。这种实时过程模型使控制逻辑能够预测不同CV设置下所有相关的PV变化。这些预测用于确定实现整体工艺过程状态所需的zuijiaCV更改。
对于控制复杂过程或动态工业系统而言，基本的PID控制通常就足够了，但它绝不是唯一可用的工具。有许多不同的选项可用于控制这些过程和系统。将这些选项以各种方式组合起来，就能实现操作人员和生产需求所要求的结果。当一个工艺似乎注定要振荡，并需要操作人员持续、积极地监督时，可以考虑这里介绍的先进控制策略。它们可以将Zui具挑战性的过程，转变为平稳运行设施中可靠、高正常运行时间、几乎不出问题的部分。
