95. 探究ZN整定法- 大数跨境

上海华理自动化系统工程有限公司

2024-03-29

导读：PID算法在1911年提出，1922年命名。在过程控制领域最开始都是以气动仪表的形式出现。数字化的PID还要

PID算法在1911年提出，1922年命名。在过程控制领域最开始都是以气动仪表的形式出现。数字化的PID还要50年以后。经典控制理论还在等等Bode、奈奎斯特的培育。工业界只能在混沌时代里砥砺前行。

1942年，在著名的论文“自动控制器的最佳设置”中，泰勒仪器公司销售工程部的J G Ziegler和工程研究部的N B Nichols提出了两个形成适当控制器参数的程序。他们的工作开创了PID工程整定方法的一代先河。过程控制工程师都是调参侠，调参侠的祖师爷就是这两位，以他们两位名称命名的整定方法就是ZN整定法。

过程控制中的很多方法和算法都是工程师提出和推进的，包括PID、APC、ZN整定法等。好像过程控制界比较偏爱工程师提出的方法和算法，对数学派提出的方法和算法都不太感冒。

ZN整定法有开环和闭环两种方法。闭环方法又称为临界比例度方法。分两步：

1. 纯比例投用闭环控制回路，确定稳定极限

2. 根据公式计算控制器参数

由纯比例控制下的等幅振荡曲线，获得临界控制器增益Kcu与临界振荡周期Tu。

并按下表得到正常工作下的控制器参数。

控制器	K_c	T_I	T_D
P	0.5K_cu
PI	0.45K_cu	0.833T_u
PID	0.65K_cu	0.5T_u	0.125T_u

这些表格中的数字背后的道理没有完全被理解，但是这些数字对我们整定PID参数一直都有着深刻的影响。

1. 见面砍一半。如果控制回路的闭环等幅振荡是比例作用引起，比例作用×0.5

2. 振荡周期定积分。如果控制回路的闭环等幅振荡是积分引起的。积分时间的选择范围为振荡周期的0.5~0.83倍

3. 使用微分时，微分时间等于四分之一积分时间

上面的这些方法现在仍然深刻的影响着PID参数的工程整定方法。

放在70年后的今天看，ZN整定方法蕴含的道理仍熠熠生辉。ZN整定方法旨在为您的PID回路提供最佳的干扰抑制性能，这也是过程控制大神欣斯基对ZN整定方法念念不忘的原因。ZN整定方法通常不会提供很好的设定值跟踪性能。

按当下的观点ZN整定方法还是有其历史局限性：

1. 不适用于大纯滞后被控对象

2. 临界比例度方法的纯比例等幅振荡现场接受程度不高

3. 每个回路整定相关孤立，没有考虑对其他回路的影响

4. 越快速，鲁棒性越差。小的模型失配可能导致发散

5. 用于抑制扰动的回路，模型要比较准确而且要其他回路配合

6. 大部分回路要求响应不振荡

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