FCP270 P0917YZ 高阶模型的利与弊

建模是一种久经考验的解码流程动态行为的方法。通过了解流程如何应对变化，可以及时采取适当的应对措施。建模的两个常见应用是1）PID控制器调整，以及2）流程模拟。

有不同类型的模型，每种模型都有自己的优点和缺点。例如，一阶建模是工业PID控制器整定中应用的主要方法——无论模型是手动计算还是借助控制器整定软件。虽然一阶模型易于计算并提供鲁棒控制，但它们不如高阶模型精确。诸如二阶和三阶之类的高阶模型在过程模拟中起着重要作用，这主要是由于它们的精度提高了。他们能够捕捉流程动态行为中的细微差别。然而，当涉及到PID调节时，这些相同的高阶模型的计算难度要大得多，并且它们只能提供略微更好的控制。

在得出哪种模型最佳的结论之前，请从控制环路调整的狭义角度考虑一阶模型与高阶模型的优缺点:

第一——快速和熟悉

• 一阶加死区（FOPDT）模型及其用于积分过程的配套模型（即FOPDT积分）是迄今为止用于整定PID控制器的主要模型。它们易于计算，并提供与高阶模型相当的性能。由于一个典型工厂有如此多的控制器和不断变化的过程动态，一阶模型的简单性和通用性使其非常实用。它们是从业者最熟悉的，而且计算速度很快。
• 随着模型从一阶过渡到二阶再到三阶，它们的稳健性往往会下降。当用于控制器设计时，“鲁棒性”是指不确定性和控制器使用一组已知参数正常工作的能力。高阶模型可以通过更大范围的可接受参数来满足。由于有多个解决方案，更高阶的模型可能会破坏鲁棒性。

第二——简短流畅

• 二阶和其他高阶模型的一个主要优点是它们对控制器输出或扰动变化的初始过程变量响应更平滑。与一阶模型不同，高阶模型避免了急剧的“跳跃”，这种跳跃通常是由于在模型中添加另一个时间常数而导致的，这种跳跃出现在控制器对变化的最终突然响应中。在对高度敏感的过程进行建模时，从一种状态到另一种状态的更平滑过渡可能特别有益。
• 随着精度的提高，高阶模型能够减少给定过程的估计死区时间。正如在以前的帖子中所分享的那样，死区时间被广泛称为“控制杀手”，因此任何减少都只能提高控制器对变化的响应能力。高阶模型会捕捉相关的转换点，即一阶模型忽略的过程行为中的额外滞后。因为更高阶的模型预测更精确、更小的死区时间，所以从更高阶模型得到的调谐值通常可以产生更快的控制器响应。