冯少辉博士编著的《PID参数整定与复杂控制》深入讲解PID参数整定和自动化控制方案设计，近十年来过程控制领域关于PID整定的含金量高的自动化书籍极少，本书值得大家仔细研读。



图书特点
1、《PID参数整定与复杂控制》介绍的PID整定和控制方案设计是提升装置过程控制水平的两个核心问题，关注这两方面的知识并实践是实现智能工厂的关键和基础。
2、《PID参数整定与复杂控制》从时域响应曲线入手，工程师可以使用Lambda整定方法实现PID整定科学化，将整定的难度降低为响应曲线作图的难度，使非自动化专业背是的人也能进行PID整定。
3、《PID参数整定与复杂控制》对标准Lambda整定方法做了一系列工程化改进以满足实际工程需要，Lambda整定方法能够给绝大部分工业过程提供稳定一致的闭环性能，克服传统整定方法存在的缺陷并能充分展示PID控制的潜力。
4、将PID整定看作控制回路优化工作的一部分，介绍了如何分析闭环趋势通过最佳实践将控制回路优化过程标准化。通过科图，分享了整定的经验，学化、系统化、规范化、工程化降低PID整定的难度，使工程师掌握PID整定方法，实现PID整定大众化。
5、介绍了常见的5种复杂控制方案: 串级控制、前馈控制、超驰控制、分程控制和阀位控制。这些复杂控制方案的综合形成了很多标准解决方案，对于提升装置自动化水平、挖潜增效具有重要意义。
6、最优控制方案充满艺术性，本书提出了控制方案设计的原则，例如简单规范、充分、优化等。
7、《PID参数整定与复杂控制》附录给出了关于Lambda整定的公式推导和频域分析，这些内容对深入理解Lambda整定非常有好处。每种方法都有适用范围和边界，当有超预期的要求时读者可以知道如何改进。

《PID参数整定与复杂控制》目录
1 概述
1.1 PID仿人智能控制器
1.2 复杂控制和先进控制
1.3 全书构成
2 过程控制基本原理
2.1 过程和过程控制
2.2 过程控制目的
2.2.1 安全第一
2.2.2 效益优先
2.3 过程控制方式
2.3.1 开环控制
2.3.2 闭环控制
2.4 动态过程模型
2.4.1 过程阶次
2.4.2 一阶过程
2.4.3 高阶过程
2.4.4 过程作用与控制器作用
2.5 过程类型
2.5.1 自衡过程
2.5.2 积分过程
2.5.3 过程类型的闭环判断
2.6 控制系统性能评估
2.6.1 系统过渡过程评估
2.6.2 目视优闭环响应
3 PID控制器
3.1 PID控制器发展简史
3.1.1 PID与飞球式调速器
3.1.2 从发明到创新
3.1.3 PID控制器大事记
3.2 PID参数影响分析
3.2.1 比例控制
3.2.2 积分控制
3.2.3 比例积分控制
3.2.4 微分控制
3.2.5 PID控制
3.3 PID算法改进
3.3.1 PID的形式
3.3.2 两自由度PID
3.3.3 不完全微分
3.3.4 积分饱和
3.3.5 变比例增益PID
4 Lambda整定方法
4.1 PID参数整定
4.2 整定的目标
4.3 自衡对象特性参数对PID参数的影响
4.3.1 纯滞后时间对控制性能的影响
4.3.2 模型特性对控制性能的影响
4.3.3 自衡对象纯比例控制器整定方法
4.3.4 自衡对象比例积分控制器整定方法
4.4 自衡对象Lambda整定方法
4.4.1 自衡对象Lambda整定
4.4.2 自衡对象控制模型计算
4.4.3 自衡对象Lambda整定实例
4.5 积分对象Lambda整定方法
4.6 关于Lambda整定工程方法
5 PID参数整定实操
5.1 自衡对象响应曲线分析
5.2 积分对象响应曲线分析
5.3 控制回路振荡的根源
5.4 PID参数整定实例
5.4.1 读懂设定值阶跃响应曲线
5.4.2 流量控制回路PID参数整定
5.4.3 比例增益严重依赖于量程
5.4.4 液位控制误区
5.5 PID参数整定新口诀
5.6 控制回路整定优化流程
5.7 λ选择准则
6 复杂控制
6.1 概述
6.2 串级控制
6.2.1 串级控制设计准则
6.2.2 串级控制方案
6.2.3 串级控制特点
6.2.4 串级控制应用
6.2.5 串级控制总结
6.3 前馈控制
6.3.1 前馈控制的应用与定义
6.3.2 手动前馈控制
6.3.3 自动前馈控制
6.3.4 前馈控制设计准则
6.3.5 前馈-反馈联合控制
6.4 比值控制
6.5 超驰控制
6.6 分程控制
6.7 阀位控制
6.7.1 阀位控制的选择
6.7.2 阀位控制应用
6.8 控制方案设计案例
6.8.1 一个测量值两个最终控制元件
6.8.2 两个测量值一个最终控制元件
6.8.3 控制方案设计原则
6.9 结论
附录
附录1 Lambda整定方法推导
1、自衡对象Lambda整定方法推导
2、积分对象Lambda整定方法推导
3、积分对象纯比例控制
4、积分对象比例积分控制
附录2 基于响应曲线的控制模型辨识工程方法
附录3 Lambda整定方法的频域分析
附录4 Lambda整定方法的补充

笔者冯少辉博士的话
以PID为代表的过程控制是个非常古老的行业，甚至比经典控制理论的出现还要早。我的博士论文和大部份的职业生涯都和先进控制相关。交到的朋友和职业声望也和先进控制联系在一起。但是现在看对过程控制的认识还是不够深刻不够本质。PID参数整定和控制方案设计才是过程控制的根本，复杂控制和先进控制都是形式和工具。写一本书既是一种传承也是记录。努力把书写出来的过程促使我更加深入的思考，这本书和我相互成全。希望这个书能给大家正确认识过程控制的道有所帮助。

过控之道：整定难不到，方案设计巧
对于人造系统中的强因果单变量控制，在反馈加持下PID就能满足控制要求。对于一阶纯滞后自衡对象，PI控制的三个特性说明了PI的能力：
1、和时间常数无关；
2、闭环超调不振荡有无数组PI；
3、有一个适用于所有自衡对象的比例增益1/4K。很多人有误解！其实PID能力很强，而且整定参数只要知道边界并不难。

可惜现场大部份PID参数都是默认值，对过程控制的中流砥柱PID缺乏起码的尊重和重视。学习书里提到的Lambda工程整定方法是解决控制问题很重要的第一步！

历史不能假设，如果1942年Ziegler和Nichols两位工程师就发明Lambda整定方法，可能大家误解会少一些。可站在PID参数整定的历史起点，两位祖师爷开创了PID整定方法的工程范式而且关注抗扰能力，我们更多的是对泰勒仪表公司工程部和销售部两位前辈的敬仰。Nichols后来还在麻省理工学院工作过。两位大师后来交集不多但是ZN整定方法这个牛，他们可以吹很久很久。这两位年龄差了几岁但是都是1997年去世的，那一年我本科毕业开始攻读硕士学位。

理解本质、持续改进
二战以后，现代流程工业发生了翻天覆地的变化，规模大流程长工艺复杂，循环物料多，热量集成大量存在，成本竞争剧烈。流程工业必须依靠高度的自动化才能保证安全效益和效率。每套装置都有成百上千个变量需要控制。变量互相影响是之前工业上很少见，学术研究也忽视的一个基本情况。必须以更系统的分析和设计方法保证这些变量的动态协同工作。

这里面其实是三个层级的问题：
1、如何既抗扰又不干扰其他回路；
2、如何设计方案确保全部控制目标都能实现；
3、如此多的工艺参数被控制后如何协调优化。

在整定方法上，使用不振荡而且可以自定义期望闭环时间常数的Lambda工程整定方法，则是必选。如何选择期望的闭环时间常数要综合考虑。提升抗扰能力除了PID参数整定，前馈和串级也是工程上常用的形式。

工艺要求和边界条件太复杂，不合理的控制方案往往不能投自动，控制方案必须通过系统化和结构化思维进行设计。很多最优控制方案看起来非常简单，但是内在的逻辑却非常复杂。为了方便读者掌握常见的基于PID的多变量控制标准方案，书里介绍了常见的复杂控制策略并提供了一些范例。能够掌握这些复杂控制的知识对工程师来说已经足够了。对工艺要求和边界条件的本质深刻理解则可以让工程师进阶为过程控制专家。

每位工程师还应该意识到：装置需要持续改进。这么多工艺参数被控制后，其实整个装置可以优化的地方很多。在保证安全的前提下进一步挖掘装置潜力是效益之源也是核心竞争力。设定值和阀位都是自由度。持续改进和装置上的每一个人都有干系。工艺、设备、仪表、控制都要配合起来才能建立企业的竞争优势。希望大家都能知行合一、持续不断地去消除每一个人工干预和报警，优化每个一工艺参数。

写书是辛苦的事情，想给中国过程控制做点有意义的事情的想法推动我不断思索研究，想帮助工程师把事情说清楚反过来促进了我的进步。李老师让我有想法就要写出来，这些年也写了一些科技论文。目标远大了这些年多做了很多事情！2020年关于PID参数整定就有了初步的成果，然后经过这几年和同仁们一起探讨谈谈，我对过程控制的认识更加深刻，对PID的能力和PID整定方法有了更本质地理解。

《PID参数整定与复杂控制》一开始只是个关于PID整定的小册子，随着研究的深入逐渐认识到：过程控制的关键是PID和控制结构。PID参数整定理解了并不难，知道边界，掌握Lambda工程整定方法就可以了。但是要找到满足工艺需求的控制结构则需要理解本质。好的方案应该既简单又高效。一种理论一个控制结构如果修饰太多往往还不够完善，如果您设计的控制方案包括逻辑切换的条件要非常小心。

如果不能本质地理解工艺需求和条件，就很难设计出合理的控制结构。对工程师而言学习基本的复杂控制形式，知道如何标准化组态，再掌握一些典型范例就很好了。这也是《PID参数整定与复杂控制》里关于复杂控制的主要内容。

有很多控制方案看起来都是单回路，但是这些回路通过不同设定值、被修改的设定值、区间设定值、前馈抗扰、阀位协调优化、逻辑模块超驰等可以协同工作，这些巧妙的内在逻辑需要更高的认知水平，是最难的。

形式上越简单内在的逻辑就要越清晰。有些控制回路投自动会提升抗扰能力并解耦，而有些控制回路投自动反而会引起耦合放大干扰，有些控制回路还有优化挖潜的机会，有些则勉强运行性能不达标。这些要靠提升认知水平靠经验积累，以更系统的视角观察分析才能发现问题解决问题。这需要开放的心胸、持续学习、知行合一，这也是过程控制之道。



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