許多控制系統(tǒng)是以PI(D)控制功能為中心構(gòu)成的。高級(jí)控制也稱(chēng)為優(yōu)化控制或者先進(jìn)控制，在僅使用PID控制器無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況下，可以考慮使用。
在選擇控制方法時(shí)，要對(duì)包括控制的要求、經(jīng)濟(jì)性、過(guò)程的現(xiàn)狀、傳感器、操作端在內(nèi)的整體系統(tǒng)進(jìn)行全面的考慮。研究過(guò)程中，有時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)除改善控制方法以外的有效的解決方法。
不易進(jìn)行控制的主要原因 ?各種高級(jí)控制方法
不易進(jìn)行控制的主要原因
時(shí)滯時(shí)間長(zhǎng)、響應(yīng)慢、響應(yīng)性發(fā)生變化、存在積分性(液位等)、多個(gè)回路間相互耦合、無(wú)超調(diào)、外部干擾大等。
1) 時(shí)滯時(shí)間長(zhǎng)的過(guò)程
除時(shí)滯時(shí)間長(zhǎng)之外，時(shí)間常數(shù)與時(shí)滯時(shí)間的比值也決定著控制的難易度。
時(shí)滯時(shí)間長(zhǎng)的過(guò)程響應(yīng)
在PID控制中，L(時(shí)滯時(shí)間)/T(時(shí)間常數(shù))的值在1以上時(shí)(時(shí)滯時(shí)間比時(shí)間常數(shù)大)，很難進(jìn)行控制。時(shí)滯時(shí)間不僅是指過(guò)程的時(shí)滯時(shí)間，還包括傳感器及操作端的時(shí)滯時(shí)間。在分析儀中，采樣裝置的時(shí)滯時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)。
2) 存在積分性的過(guò)程
是指蓄積液體及熱量等的過(guò)程。一旦開(kāi)始蓄積就不能返回原來(lái)狀態(tài)，無(wú)自調(diào)節(jié)性的液位的流入控制等就是典型的例子。自調(diào)節(jié)性是指像鍋爐一樣，通過(guò)加熱和散熱的平衡調(diào)節(jié)來(lái)決定溫度的過(guò)程。
積分性大的過(guò)程響應(yīng)
3) 響應(yīng)慢的過(guò)程
例如: pH(由攪拌、混合、反應(yīng)引起的延遲)控制、熱容量大的鍋爐的溫度控制等。
在PID控制中，達(dá)到穩(wěn)定前需要幾個(gè)控制周期，如果控制周期為1小時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定有時(shí)需要4～5小時(shí)，所以就需要盡量縮短達(dá)到目標(biāo)值和穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間。
4) 響應(yīng)性變化的過(guò)程
隨著反應(yīng)的進(jìn)行而發(fā)生的黏度變化、發(fā)熱(或者吸熱)、催化劑活性變化、熱交換器灰塵附著、品種改變引起的原料更換及混合比例變更等，都會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)性發(fā)生變化。
通常，PID控制的穩(wěn)定性足以克服這些響應(yīng)性的變化，但并非所有的情況都能克服。
5) 多個(gè)回路之間耦合強(qiáng)的過(guò)程
容易耦合的回路示例
上圖是典型的相互耦合的例子。PIC和FIC的PI常數(shù)基本相同時(shí)，回路之間會(huì)發(fā)生耦合，變得不穩(wěn)定。通常，將FIC的PI常數(shù)取最佳值，降低PIC端的靈敏度，可以減少相互耦合產(chǎn)生的影響，使用解耦控制時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的控制。
6) 無(wú)超調(diào)的過(guò)程
有時(shí)即使短時(shí)間地超過(guò)限制條件范圍，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。
例如，在生物反應(yīng)器中，即使溫度一時(shí)過(guò)高，也會(huì)造成桿菌及酵母菌等死亡。在這種情況下使用批量調(diào)節(jié)器或采用模糊控制的調(diào)節(jié)器。
下圖批量調(diào)節(jié)器的示例中，最初手動(dòng)預(yù)設(shè)值1接近設(shè)定值SV，當(dāng)測(cè)量值達(dá)到SV-ΔE時(shí)，將手動(dòng)預(yù)設(shè)值2作為初始值，切換為AUTO，防止超調(diào)的發(fā)生。
采用批量調(diào)節(jié)器防止超調(diào)的示例
在模糊控制中，溫度上升時(shí)，自計(jì)算并設(shè)定比實(shí)際目標(biāo)溫度低的設(shè)定值，防止超調(diào)的發(fā)生。
7) 外部干擾大的過(guò)程
鍋爐必須對(duì)蒸汽使用量的大幅度變化做出響應(yīng)，是外部干擾大的過(guò)程的典型示例。在石油精煉廠(chǎng)中，更換油種(例如：阿拉伯原油和中國(guó)原油的組成有很大的區(qū)別)等也會(huì)造成很大的外部干擾。在蒸餾塔控制中，氣溫、風(fēng)、直射陽(yáng)光等造成的影響也是不能忽視的。熱處理爐中的受熱物質(zhì)的裝入/取出、排水處理中的排水流量及pH變化也是很大的外部干擾因素。因此，檢測(cè)外部干擾量，并根據(jù)干擾量來(lái)改變操作量的前饋控制是很有效的。
外部干擾是指從控制回路外施加的變動(dòng)因素，在流量控制回路中，調(diào)節(jié)閥的上游端及下游端的壓力變動(dòng)是主要的外部干擾。例如，調(diào)節(jié)閥的上游端壓力上升時(shí)，即使閥的開(kāi)度相同，流量也會(huì)增加。通過(guò)流量傳感器檢測(cè)出該流量變化，使用流量調(diào)節(jié)器將調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度減少，可消除壓力上升的影響。
控制回路正是為了消除這些外部干擾的影響而存在的。
外部干擾示例
（轉(zhuǎn)載）
