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為什么PID現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用的狀況欠佳

閱讀：5發(fā)布時間：2026-8-26

過程控制大師Tore H?gglund教授在2019年發(fā)表的文章《The one-third rule for PI controller tuning》中提到了一個被反復(fù)提及的問題：PID現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用的狀況欠佳。他寫道：

“一個過程控制裝置可能有成百上千個。，它們中的大多數(shù)都處于手動模式，調(diào)得不好，或者根本沒有調(diào)，而是保留了出廠設(shè)置。1993年，(Ender, 1993)提出了一項(xiàng)對“數(shù)百個運(yùn)行工廠中數(shù)千個單獨(dú)控制回路"的調(diào)查。調(diào)查顯示，30%的控制器在手動模式下運(yùn)行，超過30%的控制器調(diào)試不良。同年，(Bialkowski, 1993)提供了類似的審計(jì)數(shù)據(jù)，顯示只有20%的控制器工作正常，30%的控制器調(diào)試不良，其余的控制器有設(shè)備問題或回路設(shè)計(jì)不良。

2002年，(Desborough and Miller, 2002)對26000個控制回路進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明情況并沒有改善。他們發(fā)現(xiàn)，三分之一的回路工作正常，三分之一的控制器調(diào)得不好，最后三分之一的回路控制器在手動模式下工作。"

PID控制器

盡管看起來是很簡單的控制算法，但是現(xiàn)場用起來還有很多問題。這個現(xiàn)場具有普遍性。如果基礎(chǔ)的、基于反饋消除不確定性的PID控制都用不好。其他任何想提高生產(chǎn)過程自動化水平的方法，都很難發(fā)揮作用。所以做高級算法的實(shí)施，一定要從底層逐級實(shí)施，才能發(fā)揮作用。反過來如果PID不能很好的發(fā)揮作用，高級算法就是空中樓閣、繡花枕頭。在一個控制優(yōu)化項(xiàng)目中，判斷一個控制優(yōu)化項(xiàng)目到底有沒有效果的一個必要條件是：基礎(chǔ)PID首先要發(fā)揮作用。

為什么會這樣呢?為什么這么多PID控制器仍然沒有正確整定？Tore教授認(rèn)為：雖然有1700個整定公式，但是整定方法還是不夠簡單，再加上工程師時間不夠用，導(dǎo)致問題依舊。筆者對這一觀點(diǎn)有不同看法。如果是整定方法的問題，工業(yè)上推出PID自整定軟件也有很多年了，但是實(shí)際上現(xiàn)場的PID的應(yīng)用情況并沒有改善很多！PID算法本身很簡單，但是不僅僅是PID參數(shù)的問題，而是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)問題。裝置是如此的復(fù)雜和不確定，在該裝置上的PID投自動也是復(fù)雜系統(tǒng)的一部分，必須有系統(tǒng)觀和全局觀，周全考慮才能實(shí)現(xiàn)PID投自動。形式簡單的PID使用起來并不簡單。而且因?yàn)檠b置的不確定，所以被控對象也是不確定的，基于精確模型的整定方法往往費(fèi)力不討好。

反饋是控制的核心，PID是控制的代表。PID雖然形式簡單，但是在反饋加持下，PID在一百多年的時間里，跨越了氣動、機(jī)械、電動、電子、數(shù)字時代，一直是控制的主要算法。因?yàn)镻ID立足現(xiàn)在、綜合過去、展望未來，是成簡單算法的人類解決問題的哲學(xué)思想。

簡單形式的PID普遍適用于單調(diào)被控對象，包括大純滯后和大時間常數(shù)等。而且使用合適的PID參數(shù)，可以克服被控對象參數(shù)的不確定性，實(shí)現(xiàn)保證閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性。，對所有一階純滯后被控對象，都可以獲得閉環(huán)性能的一致性。

我們對原Lambda整定方法進(jìn)行了一系列的工程改進(jìn)。改進(jìn)工作集中在簡化與擴(kuò)展。簡化工作包括只使用PI不使用微分、用響應(yīng)曲線畫圖代替系統(tǒng)辨識、使用三參數(shù)描述所有自衡和積分對象。擴(kuò)展工作包括推廣到所有自衡對象、積分對象整定方法的改進(jìn)、純滯后對象整定方法的改進(jìn)、大時間常數(shù)被控對象的改進(jìn)等。

PID控制算法本身-用比例、積分、微分三個基本動作解決無數(shù)復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)控問題。簡單的PID體現(xiàn)了對復(fù)雜世界中本質(zhì)的深刻洞察。如果說使用復(fù)雜的多參數(shù)控制算法展示了科技進(jìn)步的話，那么使用簡單三參數(shù)的線性PID，基于偏差循環(huán)迭代解決復(fù)雜控制問題，則展示了人類解決問題的智慧。這個誕生于1910年代的控制算法，歷經(jīng)百年演進(jìn)依然活躍在現(xiàn)代工業(yè)前沿，恰恰證明其簡單外表下蘊(yùn)含著控制理論的精髓。真正掌握PID控制，需要工程師在理論與實(shí)踐之間架設(shè)橋梁，在數(shù)學(xué)推導(dǎo)與物理直覺之間尋求平衡，這正是控制工程的魅力所在。

PID因簡單而偉大，因成熟而永恒。

偉大源于對本質(zhì)的把握，去蕪存菁，直指核心。成熟不是繁復(fù)，而是歷經(jīng)錘煉后的純粹與穩(wěn)定。

作者：馮少輝博士

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