【正文】 1936 年，英國諾夫威治市帝國化 學(xué)有限公司（ Imperial Chemical Limited in Northwich, England）的考倫德（ Albert Callender） 和斯蒂文森（ Allan Stevenson）等人給出了一個(gè)溫度控制系統(tǒng)的 PID 控制器的方法，并于1939 年獲得美國專利。但是我們常規(guī)上不說 PID 的創(chuàng)立者是上述的公司。同年， Taylor 儀器公司發(fā)布了一 款全新設(shè)計(jì)的氣動(dòng)控制器： Fulscope，新儀器提供了“預(yù)動(dòng)作”（ preact）控制作用。他們稱之為“重 置”（ hyperreset）。注意，這個(gè)公司把比例控制由自覺變成了有意，并且也注意 到了積分作用。最主要的問題是系統(tǒng)被控對(duì)象很不容易達(dá)到要設(shè)定的目標(biāo)值，我們 現(xiàn)在稱之為存在靜態(tài)偏差。采用氣動(dòng)控制，測(cè)量單元用的是壓差，通 過不銹鋼溫度計(jì)的水銀推動(dòng)舵閥，舵閥控制空氣壓力作用到主閥上，主閥來調(diào)整對(duì)象的流 量。調(diào)節(jié)杠桿的長度就是改變比例帶。以下關(guān)于 PID 創(chuàng)立的資料 基本是在魏老師提供的基礎(chǔ)上整合了其它資料形成的。但是從我所能找到的資料來看，這個(gè)提法的佐證不 強(qiáng)。 那么， PID 是誰創(chuàng)立的呢？為了尋找這個(gè)問題的答案，我花費(fèi)了不少精力。 PID，就是對(duì) 輸入偏差進(jìn)行比例積分微分運(yùn)算，運(yùn)算的疊加結(jié)果去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。愿地球上再也沒有隨 意打扮科學(xué)和學(xué)術(shù)的現(xiàn)象產(chǎn)生。就像一個(gè)高傲的淑女，在你摸不著門道的時(shí)候， 她對(duì)你冷酷無情，不管你費(fèi)多少精力也都白搭；而當(dāng)你掌握了她的規(guī)律脾氣的時(shí)候 ，她會(huì)向 你敞開懷抱，通過擁有她，從而擁有認(rèn)識(shí)掌握大自然的力量。這種 情況下，我們不僅僅需要敵機(jī)的方位、高度、速度，還要計(jì)算出提前量和爆炸時(shí)間，并且有 專門一個(gè)人管炸彈的引信，設(shè)定幾秒鐘后爆炸。咱們可 以大致說一下這種系統(tǒng)的情況。有些人可能對(duì)這一點(diǎn)不太理解。名師出高徒，維納越來越來牛了。 14 歲他又考入了哈佛大學(xué)研究生學(xué)院，學(xué)習(xí)生物學(xué)和哲學(xué)（這個(gè)時(shí)候我在上 初中，背誦為什么社會(huì)主義取代資本主義是歷史的必然）。 維納少年時(shí)期就是天才，用咱們的話說是神童。”。但是當(dāng)初安培的計(jì)劃過于龐大，當(dāng)時(shí)乃至現(xiàn)在都沒有能夠?qū)崿F(xiàn)。re）。這本書的副標(biāo)題是“關(guān)于動(dòng)物和機(jī)器中控制和通信的科學(xué)”。可是電子電路僅僅算 是插班生。 后來拉普拉斯變換就被應(yīng)用到調(diào)節(jié)系統(tǒng)上，得到了很好的效果。 1932 年 美國通信工程師 （ HarryNyquist Nyquist）發(fā)現(xiàn)電子電路中負(fù)反饋放大器的穩(wěn)定 性條件，即著名的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)。專利局的人遲遲沒有通過這個(gè)申請(qǐng)。為了記住這個(gè)具有天才想法的一刻，貝爾實(shí)驗(yàn)室保存了這個(gè)報(bào)紙， 這個(gè)報(bào)紙的名字叫《紐約時(shí)報(bào)》。怎樣控制放大器震蕩，始終解決 不好。布萊克當(dāng)時(shí)才 29 歲，電子工程專業(yè)畢業(yè)六年來， 在西部電子公司工程部工作。直到 20 世紀(jì)中葉，工業(yè)控制 首先要解決的，就是怎么能夠穩(wěn)定的讓系統(tǒng)進(jìn)行控制工作。 通過科學(xué)家們的努力，人們基本上可以做到粗略地控制一個(gè)系統(tǒng)了。而胡爾維茨這一次不 是純理論研究，而是要解決火電廠的實(shí)際問題的，最后，胡爾維茨獲得了把控制 理論應(yīng)用到 實(shí)際控制的第一人的桂冠。瑞典科學(xué)家胡爾 維茨就不知道這個(gè)勞斯判據(jù)。 當(dāng)時(shí)勞斯先生的論文主題是“運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性”。估計(jì)馬克斯威爾先生是孤獨(dú) 的，因?yàn)榭茖W(xué)史上很久沒有發(fā)現(xiàn)別人突破他的研究成果。這是公認(rèn)的第一篇研究自動(dòng)控制的論文。 直到 1868 年，英國物理學(xué)家馬克斯威爾（ ）研究了小球控制系統(tǒng)，用微分 方程作為工具，討論了系統(tǒng)可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象。否則，他的蒸汽機(jī)就沒有辦法控制，要么轉(zhuǎn)速過低，要么轉(zhuǎn)所過高造成 危險(xiǎn)事故。很可能是一批人共同的成果，或者說，瓦 特發(fā)明了主要的蒸汽機(jī)，其它的東西都寄到瓦特的名下了。雖然咱沒有資料表明它如何調(diào)節(jié)參數(shù)，可是咱可以想象影響調(diào)節(jié)參數(shù)的因 素：小球的位置。蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，傳動(dòng)部分帶動(dòng)兩個(gè)小球旋轉(zhuǎn)，小 球因?yàn)殡x心力的原因張開，小球連桿帶動(dòng)裝置控制放汽閥。紐考門的蒸汽機(jī)因?yàn)闊o法控制，最終不能應(yīng)用。這些研究僅僅是初步探索階段，還用不到自動(dòng)調(diào)節(jié)。 1606 年，意大利人 波爾塔（公元 1538— 1615 年）在他撰寫的《靈學(xué)三問》中，論述了如何利用蒸汽產(chǎn)生壓力， 使水槽中的液位升高。 大家都知道蒸汽機(jī)是瓦特發(fā)明的。 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的理論，是針對(duì)工業(yè)過程的控制理論。雖然說黃帝時(shí)期還沒有被明確認(rèn)為發(fā)明了 指南針，但是偶然的發(fā)現(xiàn)被應(yīng)用于實(shí)踐的可能性是存在的。千軍萬馬的生命，甚至國家的命運(yùn)， 都寄托在這樣一個(gè)不可靠的指向工具上面，有點(diǎn)近于兒戲的感覺。不管變慢還是停轉(zhuǎn)，都會(huì)使得指向誤差產(chǎn) 生。何況中國傳統(tǒng)上講，輪轂 軸承 一般都采用木制，摩擦力很大。 那么，所有這種原理的指南車存在如下問題： 1）指南車在行進(jìn)過程中，不可避免的存在地面摩擦與輪軸傳動(dòng)摩擦的矛盾。我們現(xiàn)在所說的指南車原理，都是自己想當(dāng)然的設(shè)計(jì)。黃帝時(shí)期的指南車是什么樣子的， 沒有留下記載。有的情況只是跟 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中某一個(gè)特點(diǎn)有些類似。所有這些都只是對(duì)于自動(dòng)調(diào)節(jié)原理的某一個(gè)側(cè) 重點(diǎn)的應(yīng)用，它是不完整的，不能算的上是自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的。文中例舉：指南車是采用擾動(dòng)補(bǔ)償原理的方向開環(huán)自動(dòng)調(diào)整系 統(tǒng)；銅壺滴漏計(jì)時(shí)裝置是采用非線性限制器的多級(jí)阻容濾波；浮子式閥門是用于銅壺滴漏計(jì) 時(shí)裝置中保持水位恒定的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，又用于飲酒速度自動(dòng)調(diào)節(jié)器；記里鼓車是備有 路程自動(dòng)測(cè)量裝置的車；漏水轉(zhuǎn)渾天儀是天文表現(xiàn)儀器，采用仿真原理的水運(yùn)渾象；候風(fēng)地 動(dòng)儀是觀測(cè)地震用的自動(dòng)檢測(cè)儀器；水運(yùn)儀象臺(tái)采用仿真原理演示或觀測(cè)天象的水力天文裝 置，內(nèi)有樞輪轉(zhuǎn)速恒定系統(tǒng)采用內(nèi) 部負(fù)反饋并進(jìn)行自振蕩的系統(tǒng)。毫 不夸張地說：如果沒有自動(dòng)控制，我們的社會(huì)就不可能發(fā)展到現(xiàn)在這個(gè)地步。甚至連政治 經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，似乎也隱隱存在著自動(dòng)控制的原理。是的，這門學(xué)科就是自動(dòng) 調(diào)節(jié)，更多的人說是自動(dòng)控 制。如果說這個(gè)世界是艘船，那這門學(xué)科就是船舵，如果說這個(gè) 世界是一輛車，那么這門學(xué)科就是車把。宇宙 的神秘面 紗通過這些公式，被慢慢的揭開了。不過我估計(jì)對(duì)于諸位讀者，到底怎么算快怎么算慢，也不見得幾個(gè)人能 說徹底。 一看二調(diào)多分析， 調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低。 曲線波動(dòng)周期長， 積分時(shí)間再加長。 先是比例后積分， 最后再把微分加。不久后來，我覺得自動(dòng)控制很簡(jiǎn)單。騎自行車可以說是一個(gè)高級(jí)復(fù)雜的 自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)他去拿第二柄劍的時(shí)候，心里已經(jīng)預(yù)設(shè)了比例帶， 可惜比例帶有點(diǎn)大了，用的力量不夠，所以沒有拿起來。 還是那個(gè)桌子，第三塊東西樣子跟前兩塊相同，這一次你一定會(huì)小心點(diǎn)了，開始力量比較小， 感覺物體比較沉重了，再逐漸增加力量，最終順利拿起這個(gè)東西。可是東西紋絲 不動(dòng)。手一下子“拿空 了”， 打住了鼻子。 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)說復(fù)雜其實(shí)也很簡(jiǎn)單。那知拿在手□卻輕飄飄的渾似無物，凝神一看，原來是柄木劍， 年深日久，劍身劍柄均已腐朽，但見劍下的石刻道：“四十歲后，不滯于物，草木竹石均可 為劍?？磩ο? 的石刻時(shí)，見兩行小字道： “重劍無鋒，大巧不工。再次感謝！ 目錄 第一章 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展歷程 11 中國古代的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 12 指南車的可行性分析 13 沒有控制理論的世界 14 負(fù)反饋 15 控制論 16 PID 17 再說負(fù)反饋 18 IEEE 19 著作里 程碑 110 調(diào)節(jié)器 111 再說 PID 112 怎樣投自動(dòng) 113 觀察哪些曲線 第二章 吃透 PID 21 幾個(gè)基本概念 22 P—— 純比例作用趨勢(shì)圖的特征分析 23 I—— 純積分作用趨勢(shì)圖的特征分析 24 D—— 純微分作用趨勢(shì)圖的特征分析 25 比例積分作用的趨勢(shì)特征分析 26 比例積分微分作用的趨勢(shì)特征分析 27 整定參數(shù)的幾個(gè)原則 28 整定比例帶 29 整定積分時(shí)間 210 整定微分時(shí)間 211 比例積 分微分綜合整定 212 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo) 213 整定系統(tǒng)需要注意的幾個(gè)問題 214 整定參數(shù)的幾個(gè)認(rèn)識(shí)的誤區(qū) 215 趨勢(shì)讀定法整定口訣 216 其它先進(jìn)控制方法簡(jiǎn)介 217 先進(jìn)控制思想 218 再說智能控制 219 自動(dòng)調(diào)節(jié)漫談 220 電腦作詩機(jī) 第三章 火電廠自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 31 火電廠自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的普遍特點(diǎn) 32 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成 33 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的跟蹤 34 高低加水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 一、基本控制策略 二、自平衡能力 三、隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 四、對(duì)于系統(tǒng)耦合的解決辦法 五、幾個(gè)問題： 六、偏差報(bào)警與偏差切除 35 汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 一、任務(wù)與重要性 二、鍋爐汽包 三、虛假水位 四、汽包水位的測(cè)量 五、影響汽包水位測(cè)量波動(dòng)的因素 六、汽包供需平衡對(duì)汽包水位的影響 七、制定控制策略 八、捍衛(wèi)“經(jīng)典“ 九、正反作用與參數(shù)整定 十、特殊問題的處理方法 十一、變態(tài)調(diào)節(jié) 十二、三取中還是三平均 36 過熱器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 一、遲延與慣性 二、重要性 三、干擾因素 四、一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 五、導(dǎo)前微分自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 六、導(dǎo)前微分系統(tǒng)的參數(shù)整定 七、串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 八、串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定 九、修改控制策略，增加抑制干擾能力 十、變態(tài)調(diào)節(jié)方案 36 主汽壓力 一、重要性 二、干擾因素 三、直接能量平衡公式 四、間接能量平衡 五、控制策略 六、參數(shù)整定 37 協(xié)調(diào) 一、重要性 一、干擾因素 二、機(jī)跟爐 三、參數(shù)整定 四、爐跟機(jī) 五、參數(shù)整定 六、負(fù)荷前饋 七、壓力前饋 八、耦合與解耦 九、特殊解耦 十、一次調(diào)頻 十一、 AGC 38 磨煤機(jī)優(yōu)化燃燒 緒言 楊過出了一會(huì)神，再伸手去會(huì)第二柄劍，只提起數(shù)尺，嗆□一聲，竟然脫手掉下，在石上一 碰，火花四濺，不禁嚇了一跳。目前，本文的最新版本已經(jīng)編輯完成，如果已經(jīng)轉(zhuǎn)貼的朋友，請(qǐng)按照最新版本修改。于是再俯身會(huì)起，這次有了防備，會(huì)起七八十斤的重物自是不當(dāng)一回事。他只道這劍定然猶重前 劍，因此提劍時(shí)力運(yùn)左臂。 下面咱們就來說說自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它到底是怎么回事，到底是誰先發(fā)現(xiàn)的，到底該怎么應(yīng)用。你心里會(huì)覺得這個(gè)物體比較重，就用較 大力量去拿，可是這個(gè)東西其實(shí)是海綿做的，外觀被加工成了金屬的樣子。 還是那個(gè)桌子，還放著一塊相同樣子的東西，這一次你會(huì)用較小的力量去拿。導(dǎo)致你的大腦發(fā)出指令，命令你的手輸出較小的力矩，導(dǎo)致“欠調(diào)”。 前面咱們說的楊過拿劍也是一個(gè)道理。 其實(shí)上面所說的例子不能算是一個(gè)連續(xù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。老師給我找到了整定口訣，我還是迷迷瞪瞪的，不知道怎 么應(yīng)用。不嫌麻煩，茲抄錄如下： 參數(shù)整定找最佳， 從小到大順序查。 曲線偏離回復(fù)慢， 積分時(shí)間往下降。 理想曲線兩個(gè)波， 前高后低四比一。也許是那 時(shí)候我很傻？可能。遵循講故事的一般規(guī)律，話說歷史 ....... 第一章 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展歷程 自文藝復(fù)興以來，科學(xué)家們被無數(shù)的科學(xué)成就鼓舞著，突破一個(gè)又一個(gè)難題，最終，充 分揭示了能量、質(zhì)量、效率、運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，并把們準(zhǔn)確概括為一個(gè)個(gè)美妙的公式。并且，雖然他不用考慮這些因素，卻完成 了對(duì)這些因素的控制調(diào)節(jié)功能。自豪吧，自動(dòng)調(diào)節(jié)的工程師們。在工程控制領(lǐng)域，理 所應(yīng)當(dāng)?shù)膶儆趹?yīng)用最普遍的范疇，但是在生物、電子、機(jī)械、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。 60 年來，尤其在工程控制領(lǐng)域，自動(dòng)控制得到了極其普遍的應(yīng)用，取得了輝煌的效果。 1991 年萬百五他又 補(bǔ)充新材料為《中國大百科全書：自動(dòng)控制與系統(tǒng)工程卷》寫成新 條目“我國古代自動(dòng)裝置”?？墒侨绻凑者@樣朝自動(dòng)理論上靠的話，那么我們甚至可以說張衡的地動(dòng)儀也應(yīng)用到了 自動(dòng)調(diào)節(jié) —— 小球的力學(xué)傳動(dòng)有比例作用的影子；弩發(fā)射機(jī)構(gòu)也是比例作用中比例帶很小的 機(jī)構(gòu)；中醫(yī)的望聞問切是對(duì)反饋的重視等等。 而我們目前所看到的中國古代自動(dòng)調(diào)節(jié)例子都不能全部符合上述特征。崔豹《古今注》卷上：“作司南車以示四方??”后來， 有歷史記載的張衡、馬均、祖沖之等人都造出了指南車。歷代所造的指南車也都沒有留 下圖紙。 雖然如此，現(xiàn)代人不管根據(jù)什么原理，所 復(fù)原的指南車，都有以下特征： 1）蓄力拖動(dòng)； 2）車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，車輪將轉(zhuǎn)動(dòng)的角度傳給指南機(jī)構(gòu)； 3）齒輪傳動(dòng)； 4）機(jī)械制造。黃帝時(shí)期，即使算是青銅時(shí)代，克服傳動(dòng)摩擦的水 平也不會(huì)很高，所以在黃帝時(shí)期，這種原理的指南車不會(huì)太可靠。 2)馬車帶動(dòng)指南車在野外快速行走的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生較大顛簸，一旦車輪一側(cè)騰空，車輪旋轉(zhuǎn) 雖有慣性，但是還會(huì)使得該側(cè)車輪變慢甚至停轉(zhuǎn)。作為行軍的指向工具，行駛了數(shù)百公 里后，最終指南車將變得不可靠，不能作為指向工具。 根據(jù)當(dāng)時(shí)發(fā)展?fàn)顩r，有可能是車上裝載磁鐵指向。這個(gè)問題在本章的附文 中，咱們會(huì)專門探討。