PID控制器存在哪些問題?PID控制器性能評(píng)估!

一直以來，控制器都是大家的關(guān)注焦點(diǎn)之一。因此針對(duì)大家的興趣點(diǎn)所在，小編將為大家?guī)?a href="/tags/PID控制器" target="_blank">PID控制器的相關(guān)介紹，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)看下文。

一、PID控制中存在的問題

有文獻(xiàn)指出，實(shí)際工業(yè)中有60%的控制器存在性能方面的問題。而在工業(yè)過程中，導(dǎo)致控制回路性能不佳的原因可以歸結(jié)為以下一種或者多種情形：

1)控制器整定不佳且缺少維護(hù)。產(chǎn)生這種情況的原因包括：控制器從未被整定或者是基于失配模型的整定，也可能是使用了不當(dāng)類型的控制器。工業(yè)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)中，90%以上的控制器是PID類型的控制器，即使某些情況下使用其它控制器也許能得到更好的性能。實(shí)際上，最常見的導(dǎo)致控制回路性能不佳的原因是控制器缺少維護(hù)。經(jīng)過多年的運(yùn)行，執(zhí)行器和被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性可能由于磨損等原因而發(fā)生變化。而只有少數(shù)工程師維護(hù)控制回路，且操作工與工程師常常對(duì)于控制回路性能不佳的原因缺乏認(rèn)識(shí)。

2)設(shè)備故障或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理?？刂苹芈沸阅懿患芽赡苁怯捎趥鞲衅骰驁?zhí)行器的故障(如過度的摩擦)引起的。如果工業(yè)裝置或者裝置的組件設(shè)計(jì)不合理，則問題可能更嚴(yán)重。這些問題無法通過重新整定控制器而得到有效的解決。

3)缺少或前饋補(bǔ)償不足。若處理不得當(dāng)，外部擾動(dòng)會(huì)使回路的性能惡化。因此，當(dāng)擾動(dòng)可測(cè)時(shí)，建議使用前饋控制(Feedforvvard Control，F(xiàn)FC)對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

4)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。不合適的輸入/輸出配對(duì)，忽略系統(tǒng)變量間的相互耦合，競(jìng)賽控制器(Competing Controllers)，自由度不足，強(qiáng)非線性的存在，缺乏對(duì)大時(shí)延的補(bǔ)償?shù)榷伎赡軐?dǎo)致控制結(jié)構(gòu)問題。

二、PID控制性能評(píng)估

通過上面的介紹，想必大家對(duì)PID控制器中存在的問題已經(jīng)具備了初步的認(rèn)識(shí)。在這部分，我們主要來了解一下PID控制器的性能問題。

已有文獻(xiàn)指出：在已知過程常規(guī)運(yùn)行數(shù)據(jù)估計(jì)PID控制能實(shí)現(xiàn)的最小方差是可行的;對(duì)于PID控制，使用PID能實(shí)現(xiàn)的最小方差性能作為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，評(píng)價(jià)結(jié)果更趨合理;通過擬合模型后再估計(jì)得到的PID控制器參數(shù)能夠明顯減小過程輸出方差。

針對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行性能監(jiān)控與評(píng)估(control performance monitoring/assessment，CPM/CPA)是當(dāng)今世界過程控制界最受關(guān)注的研究方向之一?？刂破餍阅鼙O(jiān)控與評(píng)估工作可追溯到20世紀(jì)六七十年代Astrom(1967)、DeVrieWu(1978)等人的工作;到1970年，由Box，Jenkins(1976)、Astro最小方差控制(minimum variance control，MVC);1989年Harris(1989)用最小方差控制進(jìn)行SISO系統(tǒng)方差性能的評(píng)估，使得此領(lǐng)域在隨機(jī)性能監(jiān)控和評(píng)估方面有了開創(chuàng)性的成果和新的目標(biāo)。從此，CPM/CPA技術(shù)吸引了大批控制理論界學(xué)者的關(guān)注和研究而獲得了快速的發(fā)展。經(jīng)過前人的努力，此技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為涉及控制理論、系統(tǒng)辨識(shí)、信號(hào)處理和概率統(tǒng)計(jì)等多門學(xué)科的交叉綜合技術(shù)，通常被稱作為控制回路的性能監(jiān)控與評(píng)估、控制器的性能監(jiān)控與評(píng)估、性能評(píng)估等。

為了解決工業(yè)系統(tǒng)中PID控制器由于系統(tǒng)時(shí)變而導(dǎo)致的所在控制器回路性能下降問題，浙江大學(xué)的劉小艷在Edgar提出的PID可達(dá)性評(píng)估基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出了一種針對(duì)PID控制器進(jìn)行性能評(píng)估、優(yōu)化及監(jiān)控的方法，即：PID循環(huán)評(píng)估優(yōu)化算法。該算法利用系統(tǒng)閉環(huán)輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行滑窗在線辨識(shí)，使用基于MVC(MinimumVariance Control)的PID最小方差可達(dá)性準(zhǔn)則對(duì)PID控制器性能進(jìn)行評(píng)估，并將計(jì)算最小方差意義下最優(yōu)PID控制器參數(shù);將理論最小方差與輸出方差相比，作為PID系統(tǒng)進(jìn)行在線優(yōu)化的啟停閾值。仿真已證明其有效性。

最后，小編誠(chéng)心感謝大家的閱讀。你們的每一次閱讀，對(duì)小編來說都是莫大的鼓勵(lì)和鼓舞。希望大家對(duì)PID控制器已經(jīng)具備了初步的認(rèn)識(shí)，最后的最后，祝大家有個(gè)精彩的一天。