PID控制回路出现振荡时的解决方法
2026年03月03日 08:56:03
来源：云南昌晖仪表制造有限公司 >> 进入该公司展台
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一般说来，即使是衰减振荡也会导致调节阀磨损和波动在整个系统内传播，从而造成持续的装置不稳定。如果是等幅振荡则必定是控制回路投自动引起。常见的PID自动控制回路振荡有同相位振荡、异相位振荡和非平滑振荡三种状态，昌晖仪表在本文分享这三种振荡的特征及相应应对方法供大家借鉴。
1、同相位振荡同相位振荡中过程变量和控制器输出，表现为同升同降同拐点。两个曲线相似或对称。同相位振荡往往是外部干扰或者比例作用太强引起的。可以尝试把比例增益÷3，如果振荡加剧，则说明不是PID参数的问题而且存在外部扰动。建议恢复参数去找到振荡源进行整定。如果是比例作用太强引起的同相位振荡，将比例增益÷3往往振荡就会消失。
2、异相位振荡异相位振荡中过程变量和输出，表现为极值对腰部。两个曲线此消彼长。异相位振荡肯定是积分作用太强引起的。可以尝试把积分时间设置为振荡周期。如果是自衡对象把比例增益÷3异相位振荡也会消失，只是闭环性能略差。但是如果是积分对象把比例增益÷3会得到更大幅度更低频率的异相位振荡。
3、非平滑振荡非平滑振荡中过程变量和控制器输出，表现为过程变量方波控制器输出锯齿波。非平滑振荡往往是调节阀非线性造成的。非平滑振荡只能通过调节阀维修改善。可能的方法包括：润滑、松填料、阀杆校正、调整前后手阀或旁路、调整阀位定位器参数、更换阀位等。此时整定PID参数往往徒劳容易怀疑整定方法。
如果同相位和异相位不明显是降低比例作用。
对自衡对象的PI控制而言，因为其有一致、任意和通解的特性。不需要知道详细的模型信息，只需要知道增益K和τ+T就能很容易地得到有超调无振荡的闭环响应。”一致“使闭环性能和时间常数无关PI适用于时间常数主导对象和纯滞后主导对象。在范围内任意”切割“τ、T都能得到有超调无振荡的闭环响应。任意切割可以用于解决时间常数主导控制器输出受限实现有超调无振荡的问题，对任意切割的扩展和纯纯滞后对象闭环性能的研究得到了一个适用于所有自衡对象的”通解"。通解的特性扩展了切割的范围改进了纯桢主导对象的闭环特性，通解非常有意思但是还是前面两个特性更重要和关键。
对于不追求性能的自衡对象，PI控制简单、有效、鲁棒、广泛适用。这也是工业普遍使用PI控制的原因。PI的性能和被控对象模型信息相关。如果要进一步超越闭环性能，工程上常常改进结构，例如串级前馈甚至改进设备。学术上常常改进，设备不够算法凑。这类要求实际生产中较少遇到，更多情况是处理不合理参数引起的振荡和抗扰不足。现场大量使用单回路控制也说明自动化提升的空间还很大！无论是单回路的性能、阀位和设定值的自由度利用、还是多变量协调约束优化。PID参数整定工作只是一部分工作，为了进一步提升安全和效率，过程控制更应该研究这些。
在过程控制中精确的模型比较难得到而且普遍存在纯滞后这可能是新算法推陈出新但是过程控制中PID长盛不衰的原因。反馈加持的PID异乎寻常的强大！认识到这一点后整定方法变得就不那么重要了，知道影响闭环性能的边界和了解PID的能力更重要。
作者：冯少辉博士
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