PID控制的顶级应用——非线性过程

图片来源：由AI生成

　　01 解决过程非线性问题

　　试图解决这种过程非线性的最常见方法之一，是建立一个阀门特性来调整过程非线性。这种方法将过程线性化到PID控制器中，因此即使实际过程是非线性的，在PID中对PV的过程响应也是线性的。

　　02 构建阀门特性

　　例如，从过程开始之初，CO每变化10%，都以工程单位显示出相应的PV。由于尚未配置特性，CO等于阀门需求。为该回路开发的配置文件如图1所示。

▲图1：在没有配置特性的情况下，阀门需求百分比（CO值按10%的幅度变化）

与PV（工程单位表示）的映射。本文图片来源：ControlSoft

▲图2：将以工程单位表示的PV转换为以百分比表示的PV，并绘制图表。

　　03 通过创建阀门特性曲线使PID响应线性化

　　接下来，设置CO=PV以线性化 PID 控制器响应。这样就可以提供阀门需求百分比与PID CO百分比的关系图。然后，通过翻转X轴和Y轴，创建图2的反向或反向轮廓线性化（图3所示）。

▲图3：设置CO=PV以使PID控制器响应线性化。

▲图4：将图2和图3结合在一起，可以更清楚地看到反向相反的趋势。

　　现在，使用线性插值向曲线添加新点。例如，在10%CO的情况下，线性插值的阀门需求为5%。重要的是要注意，定义阀门特性曲线的原始数据是通过测试获得的，而新插入的点则是通过线性插值方法获得的，并在曲线实施后，起到微调曲线占位符的作用。

　　04 更新阀门特性曲线

　　一旦运行，由于过程随时间变化，或者在通过线性插值而不是过程测试所定义曲线的区域内运行，曲线可能没有根据需求准确地线性化PID响应。接下来，请参阅一种更新的阀门特性曲线方法，以改进PID响应的线性化。

　　考虑图5中的阀门特性，10%PID CO对应的阀门需求为5%。预计10%的PID CO将产生10%的PV响应。然而，曲线中的这一点并非基于过程测试，因此实际测量的PV可能与10%不同。为了测试这一点，将CO需求设定为10%，假设实际PV值为5%，阀门需求为17%。更新图表以包含此最新信息。

▲图5：更新阀门特性曲线。

　　由于映射CO%=PV%（即线性），因此需要更改PID CO%以匹配实际测量的PV%。图6使用新添加的信息进行更新。更新图表以包含此最新信息。

▲图6：为了映射CO%=PV%（即线性），需要更改PID CO%以匹配实际测量的PV%。

　　关键概念：

　　■ 了解可以将某些非线性系统线性化以适应PID控制www.cechina.cn，从而实现更可靠地控制。

　　■ 阀门特性可以提高PID控制的有效性。

　　思考一下：

　　通过调节阀门特性如何提高PID控制的有效性？

图说工控