ÅSTRÖM谈PID的未来
2023年01月03日 19:06:47
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反馈是一个非常强大的想法。它的使用通常会带来革命性的效果，使性能得到极大的改善，例如，参见Bennett (1979，1993)。尽管反馈本身往往能带来真正的好处，而所使用的反馈的特定形式在很大程度上是不相关的，但这种反馈的特定形式往往会得到好评。到目前为止，PID控制器是目前使用的最主要的反馈形式。所有控制回路90%以上是。大多数回路实际上是PI，因为微分动作并不经常使用。积分、比例和微分反馈是基于过去(I)、现在(P)和将来(D)的控制偏差。如此简单的策略能取得多大的成就，令人惊讶。
的一个优点是它还处理重要的实际问题，如执行器饱和积分器饱和。因此，PID控制器是自动控制的基础。这是使用反馈时应该尝试的个解决方案。
PID控制器用于广泛的问题:过程控制、电机驱动、磁和光存储器、汽车、飞行控制、仪器仪表等。控制器有许多不同的形式，如标准单回路控制器、可编程逻辑控制器和分布式控制系统中的软件组件、机器人和光盘播放器中的内置控制器。
虽然PID控制器一直很重要，但实际上它只受到理论家的部分关注。因此，许多重要的问题在文献中没有得到很好的记载。其结果是，当技术从气动、电气转向数字时，许多错误被重复出现。然而，在过去的十年里，人们的兴趣越来越大。一个原因是自动整定的出现，另一个原因是模型预测控制的使用增加，需要底层良好整定的PID控制器。大多数关于单回路控制的论文仍然使用Ziegler–Nichols整定作为基准的PID控制器。这是一个非常不令人满意的情况，因为在许多情况下给出了非常差的结果。
模型预测控制通常用于监控模式，在基础级别使用PID控制器。流程工业中MPC的大部分改进实际上来自基础回路的改进调整。然而，由于它提供的协调性，MPC确实为多变量系统的设定值响应提供了显著的改进。有几个有趣的问题与MPC和PID的集成有关。内回路中的PID控制器的调整为MPC提供了有价值的建模信息。由于MPC以监控模式运行，它可以很好地处理缓慢的耦合。更底层的PID回路仍然必须管理快速耦合。
另一个问题是处理复杂系统设计的一般哲学。自下而上的方法倾向于使用简单的构件，如PID控制器。在这种情况下，看看如何增强PID控制器是很有趣的。通过采用具有结构，可以显著提高设定值响应。必须特别考虑以这种方式有效使用的PID控制器。特别重要的是，控制器输出可用于前馈，以便正确处理执行器饱和积分饱和。
通过正确使用前馈可以进行更多的改进。其他可能性是增加滤波器和模块，用于处理测量噪声和具有振荡模式的系统。在开发自下而上设计技术的好方法时，有许多好的研究问题。探索系统耦合是一个重要的问题。
即使其他控制策略的应用增加，PID控制也一定会继续使用。如果使用得当，这是一种非常有效的反馈方式。如果性能要求不，通常可以获得良好的结果。PID控制器还将在更复杂的控制器中充当构建模块。事实上，大多数DMC控制器将设定值传递给PID控制器。这些PID控制器的良好性能至关重要。DMC控制的许多调试工作实际上包括整定底层的PID回路。在史密斯预估器、增益调度和振荡系统滤波器的形式中，也有对PID控制的有用的增强。
重要的是要认识到存在非常广泛的控制问题，因此也需要广泛的整定技术。已经有许多整定方法可用，但早就应该出现了。很容易证明，任何具有合理整定的控制器都将优于具有Ziegler–Nichols整定的PID。如果将所提出的许多策略与良好调节的PID相比较，它们可以很容易地被排除。
作者：ÅSTRÖM
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