与齐格勒-尼科尔斯(Ziegler-Nichols)合拍

我最近参观了我以前的一个学生的生产设施，听说他正在做相当多的控制工作。作为教授的我很自豪，因为我在课堂上教的一些东西正在被实施。

我请工程师给我看一些应用程序。他带我去了一个挤出机，有一个比例(P)控制器关闭循环。他表示，他已经用这个新的控制器取代了原来的标准“砰砰”恒温器，效果非常好。虽然我很高兴我的学生使用了他的一些训练，并祝贺他，但我内心有点心烦意乱，因为他只实现了一个P控制器。我想，“那些伟大的设计工具，比如频响，根轨迹，以及我在课上教给学生的稳健性都去哪儿了?”

所以我问他们是否有更先进的控制器在使用。他的老板和我们在一起，笑着告诉我，他们有一些有问题的系统，需要一些先进的控制概念。她给我看了一些精密运动系统，上面有PID(比例-积分-导数)控制器。我问他们是如何调整的，得到的回答是，他们只是“转动旋钮”，直到他们有正确的表现。

当然，他们记得三种PID增益中的每一种都有影响，并且通常知道如何转动旋钮。我问他们是否尝试过齐格勒-尼克尔斯调谐。他们说，转动旋钮似乎有用，齐格勒-尼科尔斯(Ziegler-Nichols)是他们记忆中非常久远的东西，他们甚至没有考虑过。在这一点上，我无法控制自己，并询问我们是否可以用Ziegler-Nichols方法来调整系统。他们笑着告诉我，我们可以试着调整系统，我可以邀请任何我想邀请的人，甚至齐格勒和尼科尔斯。果不其然，经过几个步骤的响应后，我们让系统完美地运行起来。他们告诉我，使用这种技术肯定比转动旋钮几个小时要好。

许多工程师在典型的工厂硬件上实现控制算法都受到PID控制的限制。如果是手工调优，那么更高级的控制器(超前、滞后、最优、自适应)即使不是不可能实现，也很难实现。随着下一代32位控制器和支持软件的出现，我相信我们将在未来几年内看到变化。

许多现代数字“PID”控制器看起来类似和模仿旧的模拟PID控制器。因此，它们可以用任何控制算法编程并自我调整。支持这场革命的软件是下一代图形化编程工具，比如国家仪器公司(National Instruments)的LabView和Mathworks的Simulink。这些软件包对于我们的学生和许多工业控制工程师来说都非常熟悉。

例如，LabView的实时功能现在被移植到许多32位处理器上，并支持嵌入式控制应用程序。PID控制器的高级自动整定和更先进的控制器和整定算法可以实现。使用直观、熟悉的LabView语言，工程师可以用先进的控制算法快速编程32位处理器，这些算法可以监视、检测变化并更新控件以优化系统性能。有了新的硬件和软件，我正在用清晰、简单、廉价的工具培训新的和回归的控制工程师，使他们能够利用他们的教授在许多令人兴奋的讲座中教给他们的所有知识。

手动整定PID控制器的时代即将结束。改进的性能，易于使用，低成本和培训将把齐格勒和尼科尔斯放在驾驶员的位置，并且，包装在图形软件中，将不像你在本科控制课上第一次遇到它们那样令人生畏。

作者信息

Thomas R. Kurfess，博士，体育博士，克莱姆森大学国际汽车研究中心宝马制造主席。

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