基于CS4000实验装置的比值控制及选择性控制系统设计(3)
第三阶段（70年代后）
70年代初已开始出现了适合工业自动化的控制计算机商品化系列。由于大规模集成电路制造的成功和微处理器的问世，使计算机的功能丰富多彩，可靠性在为提高，而价格却大幅下降。尤其是工业用控制机，在采用了冗余技术，软硬件的自诊断功能等措施后，其可靠性已提高到基本上能够满足工业控制要求的程度。
70年代中期开始，针对工业生产规模大，过程参数和控制回路多的特点为，为了满足工业用计算机应具有高度可靠性和灵活性的要求，出现了一种分布式控制系统（Distributed Control System，DCS），又称集散系统[5-7]，它是集计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示等技术于一体的计算机系统。这种系统在结构上分散，即将计算机颁布到车间或装置一级，不仅使系统危险分散，消除了全局性的故障节点，增加了系统的可靠性，而且可以灵活方便地实现各种新型控制规律和算法，便于系统的分批调试和投运。可以说，从70年代开始，工业生产自动化已进入计算机时代。
另外，控制理论与其它学科相互交叉，互相渗透，向着纵深方向发展，从而开始形成了所谓的第三代控制理论，即大系统理论和智能控制理论。
1．3 PID控制器的应用与发展
在过去的几十年里，PID控制器在工业控制中得到了广泛应用。在控制理论和技术飞速发展的今天，工业过程控制中95%以上的控制回路都具有PID结构，并且许多高级控制都是以PID控制为基础的[8]。我们今天所熟知的PID控制器产生并发展于1915-1940年期间。尽管自1940年以来，许多先进控制方法不断推出，但PID控制器以其结构简单，对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中[9]。
PID控制器作为最早实用化的控制器己有70多年历史，它的算法简单易懂、使用中参数容易整定，也正是由于这些优点，PID控制器现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID的发展过程，很大程度上是它的参数整定方法和参数自适应方法的研究过程[10-13]。最早的PID参数工程整定方法是在1942年由Ziegler和Nichols提出的简称为Z-N的整定公式[14]，尽管时间已经过去半个世纪了，但至今还在工业控制中普遍应用。1953年Cohen和Coon继承和发展了Z-N公式，同时也提出了一种考虑被控过程时滞大小的Cohen-Coon整定公式[15]。
自Ziegler和Nichols提出PID参数整定方法起，有许多技术己经被用于PID控制器的手动和自动整定。按照发展阶段划分，可分为常规PID参数整定方法及智能PID参数整定方法；按照被控对象个数来划分，可分为单变量PID参数整定方法及多变量PID参数整定方法，前者包括现有大多数整定方法，后者是最近研究的热点及难点；按控制量的组合形式来划分，可分为线性PID参数整定方法及非线性PID参数整定方法，前者用于经典PID调节器，后者用于由非线性跟踪-微分器和非线性组合方式生成的非线性PID控制器。
从目前PID参数整定方法的研究和应用现状来看，以下几个方面将是今后一段时间内研究和实践的重点：
（1）对于单入单出被控对象，需要研究针对不稳定对象或被控过程存在较大干扰情况下的PID参数整定方法，使其在初始化、抗干扰和鲁棒性能方面进一步增强，使用最少量的过程信息及较简单的操作就能较好地完成整定。
（2）对于多入多出被控对象，需要研究针对具有显著耦合的多变量过程的多变量PID参数整定方法，进一步完善分散继电反馈方法，尽可能减少所需先验信息量，使其易于在线整定。