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| 騙人的逆向響應(yīng) [作者： Vance VanDoren Ph.D，P.E., Control Engineering] |
大多數(shù)工業(yè)過程可以按照控制器需要的方向變化。當(dāng)控制器把更多的燃料供給爐膛里的燃燒器時，溫度上升；當(dāng)控制器關(guān)閉管道里的閥門時，流速下降；當(dāng)控制器增加馬達(dá)驅(qū)動輸送裝置的轉(zhuǎn)速時，速度增加�？刂破鞯膭幼鞒３挂恍┻^程上下波動，但是過程變量的第一個反應(yīng)通常與控制力朝著相同的方向。
然而，卻有一些很少見的情況是，過程變量在控制效果增加的情況下先降后升。我們來看工業(yè)鍋爐。當(dāng)蒸氣離開鍋體前往下一工序時，需要增補(bǔ)一定的液態(tài)水以保持內(nèi)部液位基本不變。這通常由一個反饋控制器來實(shí)現(xiàn)，控制器測定了沸水的高度并且通過控制進(jìn)口閥門將液位維持在這個高度。
但是，如果增補(bǔ)進(jìn)來的水太冷，鍋內(nèi)的熱水就會冷卻并縮小體積，從而引起水平面下降，即使繼續(xù)補(bǔ)的水更多一點(diǎn)也是如此。如果控制器的液位傳感器把沸水頂部的泡沫當(dāng)作水位，那問題就可能更嚴(yán)重。當(dāng)進(jìn)水沖毀了泡沫時，會出現(xiàn)比正常更大的液位差，從而產(chǎn)生進(jìn)一步的動蕩。
逆向變化
趨勢圖表顯示了這種“逆向響應(yīng)”現(xiàn)象。當(dāng)控制器提升控制效果，給爐體注入更多的水時，過程變量會發(fā)生先降低然后再開始提高的現(xiàn)象。用學(xué)術(shù)術(shù)語來說，一個具有逆向響應(yīng)特性的過程是一個“非最小相位（non-minimum phase）”。在鍋爐行業(yè)，這種現(xiàn)象被稱為“縮脹（shrink-swell）”現(xiàn)象。
逆向響應(yīng)誤導(dǎo)了控制器，使它相信過程變量在朝著錯誤的方向變化。除非控制器知道過程變量會很快走回正規(guī)，一般情況下控制器會逆轉(zhuǎn)自己的方向。這能使過程變量在短時間內(nèi)顯示正常，但是最終將使其逆向變化，同時也迫使控制器再次逆轉(zhuǎn)自己的控制方向。這二者會繼續(xù)相互追趕，形成無限的振蕩過程。
控制器的耐心
幸運(yùn)的是，控制器可以被賦予等候暫時的逆向過程動作結(jié)束的耐心。一個PID控制器就能達(dá)到這個目的，它通過調(diào)試給控制器設(shè)置一段空載時間，(請參閱“Dealing with Deadtime”，Control Engineering，2005年7月號)。這樣可以使控制器的反應(yīng)速度慢到可以忽略暫時的逆向過程動作的程度，但同時這也會延長過程變量到達(dá)設(shè)定值的時間。
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