基于PID的控制方案设计- 大数跨境

上海华理自动化系统工程有限公司

2026-01-23

导读：控制方案设计一听就比较宏大，不容易把握。一般而言，如果是单变量控制，就需要关注PID参数整定、以及性能欠佳后

控制方案设计一听就比较宏大，不容易把握。

一般而言，如果是单变量控制，就需要关注PID参数整定、以及性能欠佳后的变结构增强，例如串级、前馈等。如果是多变量控制，会想到常见的复杂控制例如超驰控制、分程控制。还有一类控制回路的生效依赖于另一个控制回路，被称为嵌套控制，形式上是单回路本质上是互相配合的单回路组成的复杂控制。

在一个已有装置上，操作手段都是确定的，一般而言装置能够正常运行，则说明这些操作手段就能满足工艺需求。

基于PID的控制方案设计要实现逻辑显性控制化，就是给每一个操纵变量去找一个被控变量，形成单回路设定值控制并满足工艺需求。

专业上叫变量配对（Variable Pairing）：指的是决定哪一个被控变量（Controlled Variable, CV）用哪一个操纵变量（Manipulated Variable, MV）控制的决策过程。

有一点要特别强调，被控变量虽然主要是实际仪表的测量值，但是也可以是测量值处理后的值，例如取大、取小、平均、差、和、比、信号处理等，被控变量也可能是调节阀阀位。

变量配对的目的就是要用单回路设定值控制的形式实现工艺需求。这个过程有两个阶段。

首先如果配对都是单变量形式，但是还是不能满足要求就需要关注条件改变、参数整定、方案优化、改进PV等。

其次配对后还是简单的多变量形式，例如多CV单MV、单CV多MV，对这类问题需要进行重构，将这些简单的多变量控制问题转化成单变量形式。

以我的经验，将多CV单MV简单设计为超驰控制，将单CV多MV简单设计为分程控制会看起来可行，但是很多情况下，都不够至简至优。我并不是说不能使用超驰控制和分程控制，而是要尽量地不用超驰控制和分程控制。知道常见的可以替代分程控制和超驰控制的控制方案，就能用单回路PID控制解决大部分的现场控制问题。

如果是多CV单MV，可以用合并CV的方法实现单变量控制，串级控制、CV逻辑运算是可以想到的方法。

如果是单CV多MV，可以用扩张CV的方式实现单变量控制，不同设定值的分级控制、阀位控制、比值控制都是扩张CV。如果用分程控制或者分配控制就是合并MV的方法。

下图是教科书提供的间接供料改直接供料的控制方案。

在这个控制方案中用到了分程控制和超驰控制。现在有三个操纵变量V110、V200、V100，但是只有两个被控变量LC和FC。这个方案中，工艺要求是如果可能尽量开大V100，增加直供。

但是上下游物料会不平衡，V100即使全开扔可能导致液位继续上涨或下降，对于FC也仍可能不能满足控制要求。分程控制和超驰两种就是为了解决这个问题，对新增加的V100阀位设计的的控制方案。

分程控制和超驰控制同时出现，往往说明控制方案虽然能工作，但是还不是最优控制方案，有没有其他更至简至优的解决方案呢？

见下图由三个单回路组成的控制方案。液位高才往储罐送料。液位为什么会低，出料比进料多了才会液位低，此时用V3作为进料的补充以维持液位。三个操纵变量，三个单回路，简单明了。

不同设定值和嵌套控制是两个知识点。产品塔液位使用高低两个设定值，可以发挥产品塔塔釜缓冲作用，LICL的低液位控制器生效，需要FIC投自动。

这个控制方案如果用APC实现就非常简单。逻辑显性控制化的过程的确要困难一些。

【声明】内容源于网络

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