PID控制算法的缺点

PID算法的优点很多，适应大部分工业过程。但对于大容性、积分、大纯滞后等过程来说，不管用哪种整定方法（自整定、内模、模糊等人工智能的整定方法），即使PID参数在理论上是最优的，PID控制算法都有明显的缺点：1、抗干扰速度慢，波动大；2、上升速度不能太快，否则会超调；3、整定的时间长；4、控制器输出饱和以后，回复到正常控制也非常慢；5、在稳态时控制精度不高，被控变量以一定周期振荡，有时大有时小；6、适应性差，在工况和设定值变化的情况下，控制性能变差，甚至恶化。化工行业有很多大容性过程（如灵敏板温度）和积分过程（如塔液位、罐压力），解决好这些过程的控制问题，对化工装置的自控率提高有很大的帮助。有时候在大干扰来的情况下，PID自动控制还没有有经验的操作人员手动调节的速度快，希望大家讨论一下，在化工过程中是如何解决这类控制问题的。PID在整定方法上，大部分是经验公式，在性能上没有综合全面考虑。到目前为止，微分的应用都比较少，且没有一个统一、合理的方法，有些人喜欢用微分，而有些人不喜欢。从我最近的工作来看，微分的作用是非常大的，现在被小看了，合理的微分结构（标准的微分、微分先行、不完全微分等）与参数，对系统的性能有很大的影响。

对于这类系统，我们一般采用Universal Control System万能控制系统，该系统适用于各种复杂的化工过程，融合了PID和预测控制的优点，克服了它们的缺点，实施非常容易，采用自整定机制，具有即插即用、跟踪和抗干扰速度快、鲁棒性好、精度高等特点。

Universal Control System万能控制系统：https://www.bilibili.com/video/BV1cy4y1G7J2

Renzhengyun 发表于 2022-2-5 16:54
对于这类系统，我们一般采用万能控制系统，该系统适用于各种复杂的化工过程，融合了PID和预测控制的优点， ...

新生事物。“对于这类系统，我们一般采用万能控制系统..."。云服务器，外网，关心安全性怎样？云服务器，外网故障时及遇网络攻击时系统如何应对？石油化工要考虑安全，实时，用户数据保密。怎样收费？

jlshnlhj 发表于 2022-2-7 10:57
新生事物。“对于这类系统，我们一般采用万能控制系统..."。云服务器，外网，关心安全性怎样？云服务器， ...

您说的非常正确！基于云平台只是调试的一个手段，大家知道最近这两年由于疫情的关系，现在出差在现场调试项目很不方便，我们建立这个系统，主要短期检查系统是否能控，控制精度如何，远程控制效果如果不错，现场调试的效果会更好（不确定延时缩短），这样大大的缩短现场调试的时间。采用该系统，一般来说，现场调试1-2天就能搞定，有时候甚至更短（1-2个小时就能正常投运）。我们也可以采用很多措施（双网络、输出限幅、异常情况自动切除）保证实时性和安全性。现在一个高温炉系统就是采用远程控制的方式进行控制，连续运行了200多天，经检查系统没有出现异常情况，控温精度不会超过正负0.2度。当然这种模式还是存在安全隐患，如果方便最好在现场调试和运行

jlshnlhj 发表于 2022-2-7 10:57
新生事物。“对于这类系统，我们一般采用万能控制系统..."。云服务器，外网，关心安全性怎样？云服务器， ...

我们最关键的还是在控制算法本身，以后多交流，非常感谢关注！

不大相信"万能控制系统"，如果有这种控制系统，那自动化也太简单了！！！

濠梁知乐 发表于 2022-2-7 11:48
不大相信"万能控制系统"，如果有这种控制系统，那自动化也太简单了！！！

是的，过程对象非常复杂（存在检测、执行机构迟滞、工艺缺陷、设备异常等），需要长期的检验、改进和提高。我们也用这种算法成功的实施了好几个项目，有一定的基础。大家如果有难控的系统，可以远程接入到我们的系统（只要被控对象的上位机能够上网就可以了），进行控制和效果检查，实践是检验效果的唯一标准。

从理论上来说，如果大干扰可测，采用前馈（动态和静态）PID和模型预测控制可以达到良好的控制效果，但实际情况是很多大干扰不可测，甚至不知道大干扰来源于何处，这就给控制带来很大的困扰。我们的系统具有快速抑制不可测干扰的能力，且具有良好的动态性能。

濠梁知乐 发表于 2022-2-7 11:48
不大相信"万能控制系统"，如果有这种控制系统，那自动化也太简单了！！！

我们还需要不断的完善算法，希望能够取代当前PLC、DCS中的PID回路和常规的复杂回路，减少整定时间，提高跟踪速度和稳态控制精度，增强抑制干扰能力和鲁棒性。

总结控制不外乎三种：基于黑箱理论的反馈控制（PID）、基于模型的的控制（MPC、DMC等）、基于数据的控制（MFC、MFAC等）。各种控制各有优劣，有不同的适应场合，没有一种控制能解决所有控制问题。

濠梁知乐 发表于 2022-2-8 10:37
总结控制不外乎三种：基于黑箱理论的反馈控制（PID）、基于模型的的控制（MPC、DMC等）、基于数据的控制（M ...

本质上讲，我们的算法融合了PID和模型预测控制的优点。PID最大的问题是微分的整定没有统一的标准，设置大部分靠经验，缺乏理论的支撑，对于大容性和大滞后系统，尽管可以控制，但性能比较差。模型预测控制虽然不要求精确的数学模型，但对模型精度也有一定的基本要求，否则靠反馈校正很难达到相应的控制性能，前面讲过，在大干扰不可测时，模型预测控制的性能是比较差的。

Renzhengyun 发表于 2022-2-8 11:33
本质上讲，我们的算法融合了PID和模型预测控制的优点。PID最大的问题是微分的整定没有统一的标准，设置大 ...

“希望能够取代当前PLC、DCS中的PID回路和常规的复杂回路，减少整定时间，提高跟踪速度和稳态控制精度，增强抑制干扰能力和鲁棒性。”
支持新生事物，但有一点必须明确，控制算法必须移植到FCS(现场控制站)上运行,靠外网云和服务器不行的。

jlshnlhj 发表于 2022-2-8 11:55
“希望能够取代当前PLC、DCS中的PID回路和常规的复杂回路，减少整定时间，提高跟踪速度和稳态控制精度， ...

是的，长期运行的控制算法必须在控制站中运行。该算法移植到控制站也比较方便，对系统的要求比较低

对于高温炉大容性系统来说，打开炉门是一个大干扰，一般温度要降低几十度，在关炉门后，在常规PID控制算法下，炉温回复到正常温度要30-50分钟，对用户来说是不能容忍的。在这种情况下，控制系统设计者就会想很多办法来处理这类问题：在炉门上加接近开关，检测炉门的开关状态，在开关炉门的时候进行所谓的智能控制，开炉门时控制器的输出上升到一定值，关炉门后控制器输出回复到正常工作点上，抗扰动的时间也会大幅度的缩小。但这种方式有几个缺陷：一、需要加接近开关等设备，算法的逻辑要进行一定的处理；二、通用性不强，控制性能受温度工作点不同、开炉门时间长短等因素的影响，需要进行大量的测试。而我们的算法，不需要加接近开关，而且系统始终闭环运行，具有快速消除干扰的能力，几分钟就能回复到正常设定值。