PID控制器存在哪些问题?PID控制器性能评估!

一直以来，控制器都是大家的关注焦点之一。因此针对大家的兴趣点所在，小编将为大家带来PID控制器的相关介绍，详细内容请看下文。

一、PID控制中存在的问题

有文献指出，实际工业中有60%的控制器存在性能方面的问题。而在工业过程中，导致控制回路性能不佳的原因可以归结为以下一种或者多种情形：

1)控制器整定不佳且缺少维护。产生这种情况的原因包括：控制器从未被整定或者是基于失配模型的整定，也可能是使用了不当类型的控制器。工业过程自动控制系统中，90%以上的控制器是PID类型的控制器，即使某些情况下使用其它控制器也许能得到更好的性能。实际上，最常见的导致控制回路性能不佳的原因是控制器缺少维护。经过多年的运行，执行器和被控对象的动态特性可能由于磨损等原因而发生变化。而只有少数工程师维护控制回路，且操作工与工程师常常对于控制回路性能不佳的原因缺乏认识。

2)设备故障或结构设计不合理。控制回路性能不佳可能是由于传感器或执行器的故障(如过度的摩擦)引起的。如果工业装置或者装置的组件设计不合理，则问题可能更严重。这些问题无法通过重新整定控制器而得到有效的解决。

3)缺少或前馈补偿不足。若处理不得当，外部扰动会使回路的性能恶化。因此，当扰动可测时，建议使用前馈控制(Feedforvvard Control，FFC)对扰动进行补偿。

4)控制结构设计不合理。不合适的输入/输出配对，忽略系统变量间的相互耦合，竞赛控制器(Competing Controllers)，自由度不足，强非线性的存在，缺乏对大时延的补偿等都可能导致控制结构问题。

二、PID控制性能评估

通过上面的介绍，想必大家对PID控制器中存在的问题已经具备了初步的认识。在这部分，我们主要来了解一下PID控制器的性能问题。

已有文献指出：在已知过程常规运行数据估计PID控制能实现的最小方差是可行的;对于PID控制，使用PID能实现的最小方差性能作为评价基准，评价结果更趋合理;通过拟合模型后再估计得到的PID控制器参数能够明显减小过程输出方差。

针对控制系统进行性能监控与评估(control performance monitoring/assessment，CPM/CPA)是当今世界过程控制界最受关注的研究方向之一。控制器性能监控与评估工作可追溯到20世纪六七十年代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)用最小方差控制进行SISO系统方差性能的评估，使得此领域在随机性能监控和评估方面有了开创性的成果和新的目标。从此，CPM/CPA技术吸引了大批控制理论界学者的关注和研究而获得了快速的发展。经过前人的努力，此技术已经发展成为涉及控制理论、系统辨识、信号处理和概率统计等多门学科的交叉综合技术，通常被称作为控制回路的性能监控与评估、控制器的性能监控与评估、性能评估等。

为了解决工业系统中PID控制器由于系统时变而导致的所在控制器回路性能下降问题，浙江大学的刘小艳在Edgar提出的PID可达性评估基准的基础上，提出了一种针对PID控制器进行性能评估、优化及监控的方法，即：PID循环评估优化算法。该算法利用系统闭环输入输出数据进行滑窗在线辨识，使用基于MVC(MinimumVariance Control)的PID最小方差可达性准则对PID控制器性能进行评估，并将计算最小方差意义下最优PID控制器参数;将理论最小方差与输出方差相比，作为PID系统进行在线优化的启停阈值。仿真已证明其有效性。

最后，小编诚心感谢大家的阅读。你们的每一次阅读，对小编来说都是莫大的鼓励和鼓舞。希望大家对PID控制器已经具备了初步的认识，最后的最后，祝大家有个精彩的一天。