Ten post został napisany przez Grega McMillana, konsultanta branżowego, autora licznych książek o sterowaniu procesami, laureata nagrody ISA Life Achievement Award 2010 i emerytowanego Senior Fellow z Solutia Inc. (obecnie Eastman Chemical).

Kontroler proporcjonalny, integralny, pochodny (PID) jest wspólnym kluczowym elementem wszystkich pętli sterowania. Podstawowe systemy sterowania zależą od PID, aby przetłumaczyć sygnały pomiarowe na punkty nastawy regulatorów pętli wtórnej, cyfrowych regulatorów zaworów i regulatorów prędkości dla napędów o zmiennej częstotliwości. Sukces zaawansowanej kontroli, takiej jak kontrola predykcyjna modelu, zależy od podstaw systemu kontroli, a więc od PID.

Elmer Sperry opracował pierwszy przykład PID w 1911 roku, a Nicolas Minorsky opublikował pierwszą analizę teoretyczną w 1922 roku. Ziegler i Nichols opublikowali prace na temat metody oscylacji końcowej i metody krzywej reakcji dla strojenia regulatora w 1942 i 1943 roku. Podczas gdy parametry wybrane jako czynniki w ustawieniach strojenia zapewniły zbyt agresywną kontrolę, podstawowe założenie ostatecznego wzmocnienia i ostatecznego okresu jest niezbędne do fundamentalnego zrozumienia granic stabilności.

Identyfikacja nachylenia w metodzie krzywej reakcji jest kluczem do wykorzystania koncepcji bliskiego integratora, którą uznamy tutaj za krytyczną dla większości pętli składu, temperatury i pH w celu poprawy ustawień strojenia i radykalnego skrócenia czasu testów. Bohl i McAvoy opublikowali pracę, w której wykazali, że PID może zapewnić prawie optymalną kontrolę dla niemierzonych zakłóceń obciążenia. Shinskey napisał wiele książek szczegółowo opisujących wiedzę na temat dynamiki procesu i relacji niezbędnych do najlepszego zastosowania regulacji PID.

Shinskey opracował oryginalne równanie dla zintegrowanego błędu od zakłóceń jako funkcji ustawień strojenia, jak szczegółowo opisano w artykule Zasady strojenia PID. Shinskey opublikował również książkę poświęconą regulatorom PID, w której wykazał, że proste dodanie bloku czasu martwego w ścieżce zewnętrznego resetowania sprzężenia zwrotnego może dodatkowo poprawić działanie regulatora PID poprzez kompensację czasu martwego. Wewnętrzna kontrola modelu (IMC) i zasady dostrajania lambda zostały opracowane w oparciu o anulowanie biegunów i zer, aby zapewnić dobrą odpowiedź na punkty nastawy i zakłócenia na wyjściu procesu. Jednakże, większość poprawy w odpowiedzi na punkty nastawy można było osiągnąć za pomocą punktu nastawy z opóźnieniem lub struktury PID. Ponadto, te reguły strojenia nie sprawdzają się dobrze w bardziej powszechnym przypadku zakłóceń na wejściu procesu (wzrost obciążenia), szczególnie dla procesów z dominacją opóźnienia.

Skogestadt opracował znaczące ulepszenia reguł strojenia IMC. Białkowski wykazał, że zawsze używanie lambdy, a nie współczynników lambda, odnoszenie lambdy do czasu martwego i traktowanie procesów z dominacją opóźnienia jako prawie-integratory umożliwia regulatorowi PID zapewnienie dobrego sterowania nieoscylacyjnego dla skoków obciążenia, oprócz radzenia sobie z wieloma różnymi trudnościami i celami, dla których strojenie lambda zostało pierwotnie zaprojektowane. Nie zdajemy sobie sprawy, że większość metod zbiega się do tego samego podstawowego wyrażenia dla wzmocnienia PID i czasu resetowania, gdy celem jest odrzucenie zakłóceń obciążenia i że parametr dostrajania, który jest stałą czasową zamkniętej pętli lub czas zatrzymania jest ustawiony w stosunku do czasu martwego.

Nie wiadomo również, w jaki sposób funkcje PID, takie jak struktura, zewnętrzne sprzężenie zwrotne, ulepszone PID dla analizatora i sieci bezprzewodowej, proste obliczanie przyszłej wartości, sterownik położenia zaworu i reakcja na punkt nastawy „full throttle”, mogą zwiększyć wydajność i przepustowość procesu, jak zauważono w książce ISA 101 Tips for a Successful Automation Career.

Przeciążenie

Użytkownik ma do czynienia ze znaczną niezgodnością zasad dostrajania, jak widać na 400 stronach zasad dostrajania w książce O’Dwyera z 2006 r., nie zdając sobie sprawy, że większość z nich można dostosować za pomocą współczynników lub koncepcji prawie-integratora, aby osiągnąć dobre sterowanie. Nowoczesny PID ma o wiele więcej opcji, parametrów i struktur, które znacznie zwiększają moc i elastyczność PID, ale większość z nich jest niewykorzystywana z powodu niewystarczających wskazówek. Dodatkowo, standardowa forma ISA używana w większości nowoczesnych systemów sterowania nie jest formą równoległą pokazywaną w większości podręczników lub formą szeregową PID wszechobecnie używaną w przemyśle procesowym do lat 90-tych.

Wszystko to może być dość przytłaczające dla użytkownika, szczególnie dlatego, że strojenie jest często wykonywane przez generalistę w obliczu szybkich zmian w technologii i z wieloma innymi obowiązkami. Moim celem w moich ostatnich artykułach, książkach i kolumnach (w tym blogach), które są bardziej obszerne i mniej specyficzne dla dostawcy niż białe księgi, jest zapewnienie ujednoliconego podejścia i bardziej ukierunkowanych wskazówek opartych na najnowszych funkcjach PID, których brakuje w literaturze.

Good Tuning: A Pocket Guide, Fourth Edition dąży do zwięzłego przedstawienia potrzebnej wiedzy i uproszczenia strojenia poprzez przełączanie między tylko dwoma zestawami reguł strojenia, w dużej mierze w zależności od tego, czy PID jest regulatorem pierwotnym czy wtórnym. Główny PID do kontroli składu zbiornika lub kolumny, ciśnienia gazu, poziomu, pH i temperatury wykorzystuje integrujące reguły dostrajania procesu, gdzie ustawiony jest czas zatrzymania lambda. Wtórny regulator PID do kontroli ciśnienia cieczy, przepływu, pH w linii i temperatury wymiennika ciepła wykorzystuje samoregulujące się reguły dostrajania procesu, w których ustawiana jest stała czasowa pętli zamkniętej. W obu sytuacjach, lambda zamiast współczynnika lambda jest używana i wybierana w stosunku do czasu martwego, aby zapewnić stopień ścisłej kontroli i potrzebnej wytrzymałości. Najlepszą rzeczą, jaką może zrobić użytkownik, jest korzystanie z dobrego oprogramowania do strojenia, uczęszczanie do szkół dostawców i uzyskanie konsultanta w zakładzie w celu uzyskania rozwiązań i praktyki na miejscu. Ważne jest również, aby wziąć odpowiedzialność za unikanie typowych błędów strojenia. Tutaj musimy się cofnąć, aby upewnić się, że nie jesteśmy podatni na przeoczenia i nieporozumienia. Poniższa kompilacja zawiera najbardziej powszechne, uciążliwe i potencjalnie niebezpieczne błędy jako pierwsze, ale wszystkie mogą wchodzić w grę i być ważne.

Błędy

1. Użycie niewłaściwego działania sterującego: W sterownikach analogowych oraz w wielu wczesnych rozproszonych systemach sterowania (DCS) i programowalnych sterownikach logicznych (PLC), działanie zaworu wpływało tylko na wyświetlanie wyjścia na stacji lub płycie czołowej. Specyfikacja działania zaworu „zwiększenie do zamknięcia” dla zaworu z funkcją awaryjnego otwierania odwracała wskazanie, ale nie rzeczywiste wyjście. W związku z tym, działanie sterujące musiało uwzględniać działanie zaworu oprócz działania procesu. Jeśli zawór był „increase-to-open” (fail close), działanie sterujące było po prostu odwrotnością działania procesowego (bezpośrednie działanie sterujące dla procesu działającego odwrotnie i odwrotnie). Jeśli zawór był „zamknij-zwiększ”, działanie sterujące było takie samo jak działanie procesowe (bezpośrednie działanie sterujące dla procesu o działaniu bezpośrednim i odwrotnie), jeśli nie zostało odwrócone w przetworniku prądowo-pneumatycznym (I/P) lub ustawniku pozycyjnym. W dzisiejszych systemach użytkownik może określić „increase-to-close” w bloku PID lub bloku wyjścia analogowego oprócz cyfrowego sterownika zaworu, co umożliwia ustawienie działania sterującego jako przeciwnego do działania procesowego. Wyzwaniem jest uświadomienie sobie tego i upewnienie się, że działanie zaworu „increase-to-close” jest ustawione tylko w jednym miejscu. Jeśli nie uzyskasz właściwego działania sterującego, nic innego nie ma znaczenia (PID przejdzie do swojego limitu wyjściowego).

2. Używanie domyślnych ustawień bloku PID: Nie wolno używać ustawień, które są dostarczane z blokiem PID, gdy jest on przeciągany i upuszczany do konfiguracji. Podczas pierwszego zastosowania PID do symulacji dynamicznych nowych instalacji, typowe ustawienia oparte na typie procesu i rozpiętości skali mogą być użyte jako punkt wyjścia. Jednakże, testy dostrajania muszą być wykonane, a ustawienia skorygowane przed szkoleniem operatora i uruchomieniem pętli.

3. Używanie form równoległych i szeregowych ustawień dostrajania w standardowej formie ISA: Forma równoległa, która wykorzystuje nastawy wzmocnienia integratora i pochodnej, które są umieszczone w standardowej formie ISA jako nastawy czasu zerowania i czasu tempa, może być odchylona o rzędy wielkości. Forma szeregowa może zapewnić dobrą kontrolę przy czasie szybkości równym lub większym od czasu resetowania. Dzieje się tak dlatego, że czynniki interakcji z natury zmniejszają wzmocnienie PID i czas tempa oraz zwiększają czas resetowania PID, aby zapobiec oscylacjom pochodzącym z wkładu trybu pochodnej, który jest większy niż wkład z innych trybów. Używanie czasu tempa równego lub większego niż czas resetowania w standardowej formie ISA może spowodować poważne szybkie oscylacje.

4. Używanie niewłaściwych jednostek do ustawień strojenia: Tutaj rozpatrujemy tylko formę szeregową i formę standardową ISA. Sterowniki mogą mieć ustawione wzmocnienie lub pasmo proporcjonalne dla trybu proporcjonalnego. Nastawa wzmocnienia jest bezwymiarowa i wynosi 100 procent podzielone przez pasmo proporcjonalne. Niektóre algorytmy PID w badaniach sterowania i rzeczywistych systemach przemysłowych mają nastawę wzmocnienia w jednostkach inżynierskich, co prowadzi do bardzo dziwacznych nastaw. Ustawienie trybu całkowania może być powtórzeniami na sekundę, powtórzeniami na minutę, minutami na powtórzenie, lub sekundami na powtórzenie. Jednostki tych dwóch ostatnich ustawień są powszechnie podawane jako po prostu minuty lub sekundy. Pominięcie „na minutę” może powodować zamieszanie w konwersji ustawień. Konwersja czasu tempa jest prostsza, ponieważ jednostkami są po prostu minuty lub sekundy.

5. Używanie niewłaściwych jednostek dla limitów wyjściowych i limitów antyresetowych: W sterownikach analogowych oraz w wielu wczesnych systemach DCS i PLC, wyjście, a co za tym idzie limity wyjściowe i limity antyresetowe windup były w procentach. W nowoczesnych systemach sterowania wyjście jest w jednostkach inżynieryjnych, a limity muszą być ustawione w jednostkach inżynieryjnych. W przypadku zaworów jednostkami tymi są zazwyczaj procenty skoku zaworu. Dla pierwotnego (górnego) PID, który wysyła wartość zadaną do wtórnego (dolnego) PID, wyjście pierwotnego PID jest w jednostkach inżynieryjnych zmiennej procesowej wtórnego PID.

6. Dostrajanie regulatorów poziomu: Jeśli obliczysz iloczyn zaworu, wzmocnienia, wzmocnienia procesu i wzmocnienia pomiaru, gdzie wzmocnienie procesu jest po prostu odwrotnością iloczynu gęstości płynu i pola przekroju poprzecznego zbiornika, zdasz sobie sprawę, że integrujące wzmocnienie procesu w pętli otwartej jest bardzo małe (np. 0,000001 1/s), co prowadzi do maksymalnego wzmocnienia PID dla stabilności, które jest większe niż 100. W przypadku regulacji poziomu w zbiorniku przeciwzalewowym, pożądane jest wzmocnienie PID bliższe jedności, aby zaabsorbować fluktuacje w przepływach wlotowych bez przekazywania ich jako zmian w manipulowanym przepływie wylotowym, które spowodują zdenerwowanie dalszych użytkowników. Użytkownicy nie lubią wysokiego wzmocnienia PID, nawet gdy potrzebna jest ścisła kontrola poziomu. Zmniejszenie wzmocnienia regulatora poziomu bez proporcjonalnego zwiększenia czasu resetowania spowoduje prawie trwałe, powolne oscylacje kroczące. Dalsze obniżanie wzmocnienia PID tylko pogarsza oscylacje. Większość oscylacji w zakładach produkcyjnych i słaba wydajność kolumn destylacyjnych może być przypisana źle dostrojonym regulatorom poziomu. Rozwiązaniem jest wybór czasu zatrzymania (lambda dla procesów integrujących), aby albo zmaksymalizować absorpcję zmienności (np. kontrola poziomu zbiorników przelewowych lub kontrola poziomu odbiornika destylatu, gdzie przepływ destylatu jest manipulowany) lub zmaksymalizować przenoszenie zmienności (np. poziom reaktora dla kontroli czasu przebywania lub kontrola poziomu odbiornika destylatu, gdzie przepływ refluksu jest manipulowany dla wewnętrznej kontroli refluksu). Reguły dostrajania procesu integrującego zapobiegają naruszeniu okna dopuszczalnych wzmocnień PID, ustawiając najpierw czas zatrzymania i używając tego czasu do obliczenia czasu resetowania i w końcu wzmocnienia PID.

7. Naruszenie okna dopuszczalnych wzmocnień regulatora: Wszyscy możemy odnieść się do faktu, że zbyt duże wzmocnienie PID powoduje oscylacje. W praktyce, to co widzimy częściej to oscylacje spowodowane zbyt niskim wzmocnieniem PID w pętlach głównych. Większość systemów kontroli stężenia i temperatury na dobrze wymieszanych zbiornikach jest podatna na wzmocnienie PID, które narusza niski limit PID, powodując powolne toczenie się, prawie nietłumione oscylacje. Systemy te charakteryzują się silną dominacją opóźnienia (bliską integracji), integracją lub ucieczką reakcji procesu. Wszystkie te procesy korzystają z zastosowania reguł strojenia procesu całkującego, aby zapobiec wzmocnieniu PID mniejszemu niż dwukrotność odwrotności iloczynu wzmocnienia procesu całkującego w pętli otwartej i czasu resetowania, zapobiegając oscylacjom pokazanym na rysunkach. Oscylacje przedstawione na rysunkach mogły zostać zatrzymane poprzez wydłużenie czasu resetowania. W zastosowaniach przemysłowych, czas resetowania w pętlach sterowania statkami często musi być zwiększony o dwa lub więcej rzędów wielkości. Należy zauważyć, że oscylacje pogarszają się w miarę jak proces traci wewnętrzną samoregulację, przechodząc od reakcji prawie integrującej (niskie wewnętrzne ujemne sprzężenie zwrotne) do integrującej (brak wewnętrznego sprzężenia zwrotnego) i do ucieczki (dodatnie sprzężenie zwrotne) w otwartej pętli. Dla procesów zanikających istnieje również minimalne ustawienie wzmocnienia, niezależne od czasu resetowania, które jest odwrotnością wzmocnienia procesu zaniku w pętli otwartej. Identyfikacja wzmocnienia procesu integrującego w pętli otwartej może być ogólnie wykonana w około czterech czasach martwych, znacznie skracając czas badania i zmniejszając podatność na zaburzenia obciążenia.

8. Brak rozpoznania opóźnienia czujnika, tłumienia przetwornika lub efektu ustawienia filtra: Wolna odpowiedź pomiarowa może dawać złudzenie lepszej kontroli. Jeśli stała czasowa pomiaru staje się największą stałą czasową w pętli, wzmocnienie PID może zostać zwiększone, a oscylacje będą łagodniejsze, ponieważ pomiar jest wykonywany wolniej. Dzieje się tak cały czas w przypadku regulacji przepływu, regulacji ciśnienia, regulacji pH inline i regulacji temperatury objętości gazu, ponieważ stała czasowa procesu jest mniejsza niż sekunda. Rzeczywista zmienność procesu wzrosła i może być oszacowana za pomocą prostego równania. Więcej informacji na temat tego powszechnego problemu można znaleźć na blogu Control Talk Measurement Attenuation and Deception Tips. Szczegółowe informacje o tym, jak temu zapobiec w systemach regulacji temperatury, można znaleźć w poście ISA Interchange Temperature Sensor Installation for Best Response and Accuracy.

9. Niepowodzenie w przeprowadzeniu testów dostrojenia w różnych czasach, punktach nastawy i przy różnym tempie produkcji: Zainstalowana charakterystyka większości zaworów regulacyjnych i większości procesów stężenia, pH i temperatury jest nieliniowa. Wzmocnienie procesu zmienia się w zależności od punktu pracy i warunków procesu, w tym stosunkowo nieznanych zmian w aktywności katalizatora, zanieczyszczenia i składu paszy. Wzmocnienie zaworu zmienia się w zależności od oporów układu i wymaganego przepływu. W przypadku nieliniowości punktu pracy, zidentyfikowane wzmocnienie procesu w pętli otwartej zależy od wielkości i kierunku kroku oraz dławionego zaworu dławiącego. Stałe czasowe procesu temperaturowego również mają tendencję do różnicowania się w zależności od kierunku zmiany. Więcej szczegółów można znaleźć we wpisie na blogu Control Talk Why Tuning Tests are Not Repeatable.

10. Nieudana próba zwiększenia wzmocnienia regulatora PID w celu zmniejszenia amplitudy cyklu granicznego luzu: Próba zmniejszenia amplitudy oscylacji poprzez zmniejszenie wzmocnienia spowoduje pogorszenie oscylacji, gdy oscylacja jest cyklem granicznym od luzu (pasmo martwe). Amplituda od luzu jest odwrotnie proporcjonalna do wzmocnienia PID. Okres cyklu granicznego od luzu lub stikingu jest również zwiększany wraz ze zmniejszaniem wzmocnienia PID, zmniejszając tłumienie od efektu filtrowania wielkości procesowych. To samo równanie podane w punkcie 8 może być użyte do oszacowania tłumionej amplitudy na wylocie dobrze wymieszanej objętości poprzez użycie czasu przebywania (objętość podzielona przez przepływ) jako stałej czasowej filtra. Uniknąwszy błędów, jesteś gotowy, aby w pełni wykorzystać poniższy dodatek online dotyczący najlepszych możliwości sterowania PID.

Historie wojenne

1) Wykresy trendów ciśnienia w piecu fosforowym z szybciej zainstalowanych przetworników ciśnienia wyglądały gorzej, mimo że liczba wysokociśnieniowych odciążników została drastycznie zmniejszona. Na szczęście starsze, wolniejsze przetworniki pozostały zainstalowane, co pokazuje, że amplituda skoków ciśnienia faktycznie zmniejszyła się po zastosowaniu szybszych przetworników do kontroli ciśnienia w piecu. 2) Pewien zakład działał przez kilka lat z domyślnymi ustawieniami wzmocnienia i resetu (powtórzeń na minutę) równymi 1 dla wszystkich regulatorów PID. Prawie każda pętla oscylowała, ale zakład genialnie poradził sobie z pracą poprzez ustawienie limitów wyjściowych w celu zmniejszenia amplitudy oscylacji. 3) Kiedy zakład przeszedł ze sterowników analogowych na system DCS, był zdumiony poprawą w sterowaniu kolumną destylacyjną. Okazało się, że inżynierowie konfiguracji nie zdawali sobie sprawy z różnicy między wzmocnieniem PID i proporcjonalnego pasma (PB). Analogowy sterownik dla kolumny nad głową odbiornika poziomu manipulując refluks miał PB 100 procent, który został następnie ustawiony jako wzmocnienie 100 w DCS PID. Ścisła kontrola poziomu i konsekwentnie wielka wewnętrzna kontrola refluksu zatrzymała powolne oscylacje toczenia z naruszenia limitu niskiego wzmocnienia i odrzuciła zakłócenia z „Blue Northerner” zimnych burz deszczowych.

Dodatek

Top możliwości kontroli PID

1. Użyj kontroli kaskadowej, więc wtórne proporcjonalne, integralne, pochodne (PID) regulatory (np, przepływ i regulatory temperatury płaszcza) izolują podstawowe regulatory PID (np. skład, poziom, pH i temperatura) od nieliniowości zainstalowanego zaworu regulacyjnego, zakłóceń ciśnienia i nieliniowości procesu oraz umożliwiają sterowanie wyprzedzające i proporcjonalne. Jeśli przepływomierz nie ma wymaganego zakresu, należy zastąpić go pomiarem inferencyjnym, wykorzystującym charakterystykę przepływu zainstalowanego zaworu, gdy przepływ spada do punktu, w którym sygnał z miernika jest zbyt hałaśliwy lub nieregularny. (Patrz wpisy na blogu Control Talk: Best Control Valve Installed Flow Characteristic and Secondary Flow Loop and Valve Positioner Tips). Wyjątkiem jest to, że wyjścia regulatora ciśnienia muszą zwykle iść bezpośrednio do końcowych elementów sterujących (np. zaworu regulacyjnego lub napędu o zmiennej częstotliwości), aby zapewnić szybszą reakcję. Często zainstalowana charakterystyka przepływu zaworu jest liniowa dla tych pętli ciśnieniowych dzięki zastosowaniu liniowego wykończenia, ponieważ spadek ciśnienia jest względnie stały. Użyj zewnętrznego sprzężenia zwrotnego resetowania (np., dynamiczny limit resetowania), aby zapewnić, że pierwotne wyjście PID nie zmienia się szybciej niż wtórna zmienna procesowa PID może reagować.
2. Użyj sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, które prawie zawsze kończy się sterowaniem stosunkiem, gdzie dzielniki i liczniki są najczęściej natężeniem przepływu, ale mogą być prędkością lub wskaźnikiem energii. Stosunek jest korygowany przez główny regulator PID. Operator powinien być w stanie ustawić pożądany stosunek i zobaczyć rzeczywisty skorygowany stosunek. Kompensacja dynamiczna powinna być stosowana w razie potrzeby tak, aby manipulowany przepływ docierał do tego samego punktu i w tym samym czasie w procesie, co przepływ zasilający. Często jest to osiągane poprzez wstawienie regulowanego czasu martwego i bloków opóźnienia w sygnale zasilającym. Aby zsynchronizować czas przepływów reagentów lub mieszanek, tak aby zachować stechiometryczny stosunek dla zmian w szybkości produkcji i korekt stosunku, punkt nastawy lidera jest filtrowany i stosowany jest współczynnik stosunku, aby stać się punktami nastaw innych regulatorów przepływu. Każdy regulator PID przepływu jest dostrojony do płynnej odpowiedzi, która jest wystarczająco szybka, aby poradzić sobie z zakłóceniami ciśnienia i nieliniowością zaworu. Filtr wartości zadanej lidera jest ustawiony na tyle duży, że wszystkie pętle przepływu reagują jednomyślnie. (Patrz Sterowanie z wyprzedzeniem umożliwia elastyczną, zrównoważoną produkcję)
3. Użyj właściwej struktury PID. Struktura PI on error i D on error jest często właściwym wyborem. Jeśli zmienna procesowa może reagować tylko w jednym kierunku, co może mieć miejsce w przypadku procesów wsadowych bez fazy reakcji lub zmiany i bez rozdzielonego zaworu przeciwstawnego (np. regulacja temperatury z ogrzewaniem, ale bez chłodzenia, oraz regulacja pH z odczynnikiem zasadowym, ale bez odczynnika kwasowego), potrzebna jest struktura bez działania całkującego (P on error i D on PV no I). W tych przypadkach bias jest ustawiony jako wyjście PID, gdy zmienna procesowa PID ustaliła się w pobliżu punktu nastawy. Jeśli przekroczenie punktu nastawy jest krytyczne, a czas osiągnięcia punktu nastawy i reakcji na zakłócenia obciążenia nie ma znaczenia, można zastosować strukturę I na błąd i PD na PV. Bardziej elastyczne podejście wykorzystuje strukturę PID o dwóch stopniach swobody, gdzie współczynniki wagowe punktu nastawy beta i gamma są ustawione odpowiednio dla trybu proporcjonalnego i pochodnego, aby zoptymalizować kompromis pomiędzy celami reakcji punktu nastawy i reakcji obciążenia. Alternatywnie, można użyć opóźnienia wiodącego punktu nastawy, aby osiągnąć pożądaną reakcję punktu nastawy za pomocą PID dostrojonego do dobrej reakcji na zaburzenia obciążenia (minimalne błędy szczytowe i zintegrowane błędy bezwzględne). Patrz Załącznik C w Good Tuning: A Pocket Guide, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat tego, co wpływa na te błędy. Opóźnienie punktu nastawy jest ustawione na równi z czasem resetowania PID, a wyprzedzenie jest ustawione tak, aby zapewnić szybszą reakcję punktu nastawy. Czołówka równa zero jest równoważna regulatorowi PID bez proporcjonalnego lub pochodnego działania na błąd (np., beta i gamma równe zero).
4. Dostrój wszystkie pętle we właściwej kolejności używając dobrego oprogramowania. Wybierz zasady dostrajania (np. proces samoregulujący versus proces całkujący), uznając, że procesy samoregulujące ze stosunkiem stałej czasowej do czasu martwego większym niż 4 mogą być uważane za mające odpowiedź zbliżoną do całkującej i powinny używać zasad dostrajania procesu całkującego. Należy stosować współczynniki dostrajania (np. lambda w stosunku do czasu martwego) w oparciu o różne cele (np. punkt nastawy versus reakcja na obciążenie oraz maksymalizacja przenoszenia zmienności versus maksymalizacja absorpcji zmienności) i trudne sytuacje (np. rezonans, interakcja i reakcja odwrotna). Patrz tabela D-1 w Dodatku D do książki „Good Tuning: A Pocket Guide w celu uzyskania szczegółowych informacji. Kierunek powinien generalnie przebiegać od PID z góry do PID z dołu. Regulatory PID ciśnienia gazu i cieczy powinny być dostrojone jako pierwsze, a następnie wtórne regulatory PID przepływu i systemu użytkowego. Regulatory PID poziomu powinny być następnie dostrojone do właściwego celu, który zależy od tego, czy PID poziomu jest odpowiedzialny za egzekwowanie równowagi materiałowej (np. regulator temperatury kolumny manipulujący przepływem refluksu) lub po prostu musi utrzymać poziom w granicach, ponieważ manipulowany przepływ zakłóca operacje jednostki za nim (np. regulator temperatury kolumny manipulujący przepływem destylatu). Wreszcie, podstawowe regulatory stężenia, pH i temperatury powinny być dostrojone do pożądanej wartości zadanej lub odpowiedzi obciążenia i gwałtowności ruchu manipulowanego przepływu dozwolonego, gdy mogą one zakłócić innych użytkowników lub wrócić, aby zakłócić odpowiednią pętlę (np. systemy przepływu wtykowego z integracją ciepła i strumieniami recyrkulacji). Jeśli główny regulator PID nie ma reakcji prawie integrującej, prawdziwie integrującej lub ucieczki, a błąd szczytowy i czas narastania nie jest problemem, korzystne może być zminimalizowanie przekroczenia wartości wyjściowej głównego regulatora PID poza końcową wartość spoczynkową. Limity szybkości punktu nastawy wtórnego PID lub wyjścia analogowego z zewnętrznym sprzężeniem zwrotnym resetowania pierwotnego PID mogą zapobiec gwałtownym zmianom.
5. Użyj sterowania adaptacyjnego. Ustawienia dostrajania regulatora PID zazwyczaj zmieniają się wraz z podzieloną zmienną manipulowaną z szybkością produkcji, zanieczyszczeniem powierzchni wymiany ciepła, aktywnością katalizatora i wartością zadaną oraz z czasem cyklu dla procesów wsadowych (np, poziom partii, szybkość reakcji i stężenie).

Zobacz również artykuł Pokonywanie wyzwań związanych z zastosowaniem regulatora PID i analizatora, aby zapoznać się z możliwościami wykorzystania ulepszonego PID.

O autorze
Gregory K. McMillan, CAP, jest emerytowanym Senior Fellow z Solutia/Monsanto, gdzie pracował w technologii inżynieryjnej nad poprawą kontroli procesu. Greg był również profesorem stowarzyszonym na Uniwersytecie Waszyngtona w Saint Louis. Greg jest członkiem ISA Fellow i otrzymał ISA Kermit Fischer Environmental Award za kontrolę pH w 1991 roku, nagrodę Inżyniera Roku magazynu Control dla przemysłu procesowego w 1994 roku, został wprowadzony do Hali Sław Automatyki Procesowej magazynu Control w 2001 roku, został uhonorowany przez magazyn InTech w 2003 roku jako jeden z najbardziej wpływowych innowatorów w automatyce oraz otrzymał ISA Life Achievement Award w 2010 roku. Greg jest autorem licznych książek na temat kontroli procesów, w tym Advances in Reactor Measurement and Control oraz Essentials of Modern Measurements and Final Elements in the Process Industry. Greg jest miesięcznym felietonistą „Control Talk” dla magazynu Control od 2002 roku. Obecnie Greg pracuje na pół etatu jako konsultant ds. modelowania i sterowania w dziale technologii symulacji procesów firmy Emerson Automation Solutions, specjalizując się w wykorzystaniu wirtualnego zakładu do odkrywania nowych możliwości. Większość czasu spędza na pisaniu, nauczaniu i prowadzeniu programu ISA Mentor, który założył w 2011 roku.