在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PID自動(dòng)控制回路的應(yīng)用非常廣泛。然而，在使用過(guò)程中，我們常常會(huì)遇到各種振蕩問(wèn)題，如同相位振蕩、異相位振蕩和非平滑振蕩等。這些問(wèn)題不僅會(huì)導(dǎo)致裝置的不穩(wěn)定，還可能影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全和效率。本文將分享這三種振蕩的特征及相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方法，以供參考。

一、同相位振蕩

同相位振蕩中，過(guò)程變量和控制器輸出表現(xiàn)出同升同降同拐點(diǎn)的特性，兩個(gè)曲線相似或?qū)ΨQ。這種振蕩往往是由于外部干擾或比例作用太強(qiáng)所引起。

應(yīng)對(duì)方法：可以嘗試將比例增益降低三分之一，觀察振蕩是否加劇。如果振蕩加劇，則說(shuō)明問(wèn)題可能不是PID參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，而是存在外部擾動(dòng)。此時(shí)，建議恢復(fù)參數(shù)并尋找振蕩源進(jìn)行整定。如果比例作用太強(qiáng)引起的同相位振蕩，將比例增益降低三分之一，往往會(huì)使振蕩消失。

二、異相位振蕩

在異相位振蕩中，過(guò)程變量和PID控制器輸出表現(xiàn)為極值對(duì)腰部，兩個(gè)曲線此消彼長(zhǎng)。這種振蕩肯定是由于積分作用太強(qiáng)所引起。

應(yīng)對(duì)方法：可以嘗試將積分時(shí)間設(shè)置為與振蕩周期相匹配的值。對(duì)于自衡對(duì)象，將比例增益降低三分之一會(huì)使異相位振蕩消失，但閉環(huán)性能可能會(huì)略差。然而，對(duì)于積分對(duì)象，降低比例增益可能會(huì)導(dǎo)致更大幅度、更低頻率的異相位振蕩。

三、非平滑振蕩

非平滑振蕩中，過(guò)程變量和控制器輸出表現(xiàn)為過(guò)程變量方波、控制器輸出鋸齒波。這種振蕩往往是由于調(diào)節(jié)閥的非線性造成的。

應(yīng)對(duì)方法：非平滑振蕩的解決通常需要調(diào)整調(diào)節(jié)閥，包括潤(rùn)滑、松填料、閥桿校正、調(diào)整前后手閥或旁路、調(diào)整閥位定位器參數(shù)以及更換閥位等。此時(shí)，整定PID參數(shù)往往是徒勞的，容易讓人懷疑整定方法的正確性。

四、總結(jié)與建議

在處理PID自動(dòng)控制回路的振蕩問(wèn)題時(shí)，我們應(yīng)首先考慮降低比例作用，因?yàn)樗墙鉀Q同相位和異相位振蕩的首選方法。對(duì)于自衡對(duì)象，PI控制簡(jiǎn)單、有效、魯棒且廣泛適用，不追求極致性能的情況下，PI控制是一個(gè)很好的選擇。對(duì)于不追求極致性能的自衡對(duì)象，PI控制簡(jiǎn)單、有效、魯棒、廣泛適用。這也是工業(yè)普遍使用PI控制的原因。PI的極致性能和被控對(duì)象模型信息相關(guān)。如果要進(jìn)一步超越極致閉環(huán)性能，工程上常常改進(jìn)結(jié)構(gòu)，例如串級(jí)前饋甚至改進(jìn)設(shè)備。學(xué)術(shù)上常常改進(jìn)PID算法，設(shè)備不夠算法湊。這類要求實(shí)際生產(chǎn)中較少遇到，更多情況是處理不合理參數(shù)引起的振蕩和抗擾不足?，F(xiàn)場(chǎng)大量使用單回路控制也說(shuō)明自動(dòng)化提升的空間還很大！無(wú)論是單回路的性能、閥位和設(shè)定值的自由度利用、還是多變量協(xié)調(diào)約束優(yōu)化。PID參數(shù)整定工作只是一部分工作，為了進(jìn)一步提升安全和效率，過(guò)程控制更應(yīng)該研究這些。

在過(guò)程控制中精確的模型比較難得到而且普遍存在純滯后這可能是新算法推陳出新但是過(guò)程控制中PID長(zhǎng)盛不衰的原因。反饋加持的PID異乎尋常的強(qiáng)大！認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)后整定方法變得就不那么重要了，知道影響閉環(huán)性能的邊界和了解PID的能力更重要。

審核編輯：湯梓紅