液位是流程工業(yè)液體物理平衡的指示，所以液位是常見(jiàn)的一類(lèi)積分對(duì)象。在液位PID控制中，常見(jiàn)的PID參數(shù)錯(cuò)誤是使用了太小的積分時(shí)間，導(dǎo)致液位控制會(huì)等幅異相位振蕩。
雖然知道要大幅度的增加積分時(shí)間，但是到底要增加到多少才合適呢？當(dāng)液位控制會(huì)等幅異相位振蕩，把積分時(shí)間×3只會(huì)得到一個(gè)更緩慢、更大幅度的等幅異相位振蕩。
針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，最開(kāi)始的液位控制的PI推薦參數(shù)，積分時(shí)間要達(dá)到300秒。在前面提到的兩個(gè)例子中，都說(shuō)明這個(gè)積分時(shí)間給的還是不夠充分。為什么呢？
從下面的積分對(duì)象的Lambda整定公式中，可以看出PID的比例增益和飛升斜率成反比，和純滯后也成反比。當(dāng)罐子很大時(shí)，飛升斜率會(huì)很小，積分對(duì)象的純滯后往往也不大，這時(shí)候Lambda整定推薦的比例增益是比較大的。積分時(shí)間小點(diǎn)也不會(huì)振蕩，但是實(shí)際上液位控制使用的比例增益往往并不是很大。這實(shí)際上意味著一個(gè)比較大的λ，根據(jù)Lambda整定的規(guī)則，積分時(shí)間此時(shí)往往需要一個(gè)大的多的值。
而且實(shí)際上積分對(duì)象測(cè)試的難度也很大，如何讓液位積分對(duì)象的整定方法更具有操作性呢？液位控制的PI推薦參數(shù)應(yīng)該如何設(shè)置呢？
我們最近提出了一個(gè)反映液位積分對(duì)象特性的新名詞：填充時(shí)間T。液位滿(mǎn)量程對(duì)應(yīng)的液體體積是能算出來(lái)的。控制器輸出OP滿(mǎn)量程對(duì)應(yīng)的最大流速是已知的。填充時(shí)間就是用液體體積÷最大流速得到。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似OP變化了100%，同時(shí)液位也變化了100%時(shí)對(duì)應(yīng)的等效時(shí)間常數(shù)。可以用計(jì)算代替階躍測(cè)試和響應(yīng)曲線(xiàn)畫(huà)圖。
根據(jù)Lambda整定規(guī)則，可知比例增益×積分時(shí)間一定要等于4倍的填充時(shí)間。所以液位控制的PI推薦參數(shù)可以設(shè)置為：4/T/0。
因?yàn)楸壤鲆婧头e分時(shí)間的乘積不變，所以當(dāng)比例增益變大的時(shí)候，積分時(shí)間可以更小從而得到更強(qiáng)的控制性能，當(dāng)比例增益變小的事實(shí)，積分實(shí)現(xiàn)就要更大從而得到一個(gè)更弱的控制性能。這是積分對(duì)象使用PI控制的一個(gè)特性。
作者：馮少輝博士
