單回路反饋控制系統(tǒng)的重點(diǎn)是儀表選型和PID參數(shù)整定。但是實(shí)際工廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要復(fù)雜得多，有多個(gè)測(cè)量、多個(gè)控制器或者多個(gè)最終控制元件。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有兩種情況都是不合理的：a、儀表不足，無論是缺少檢測(cè)元件還是缺少最終控制元件都不能構(gòu)成完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)；b、儀表冗余，控制系統(tǒng)構(gòu)成中要盡可能為每個(gè)最終控制元件都設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，太多冗余儀表造成控制資產(chǎn)的浪費(fèi)也要盡量避免。
控制方案設(shè)計(jì)原則包括：
①奧卡姆剃刀原理
解決方案能簡單就別復(fù)雜。優(yōu)先使用基礎(chǔ)控制、復(fù)雜控制解決過程控制問題。過程控制的一個(gè)關(guān)鍵教訓(xùn)是，最好的解決方案不是最復(fù)雜的解決方案，而是簡單和適合目的的解決方案。
②細(xì)節(jié)決定成敗，規(guī)范贏得未來
造性地解決問題并形成規(guī)范是發(fā)明復(fù)雜控制的主要路徑。但是想當(dāng)然的解決方案而沒有突破思維定式不是創(chuàng)造性地解決問題，還是要使用控制系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)解決方案，特別不建議自己寫代碼實(shí)現(xiàn)。非標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案都不利于將來控制系統(tǒng)的管理和知識(shí)傳播，而且自己寫代碼容易考慮不周全。
③控制方案要綜合考慮，有多變量協(xié)調(diào)優(yōu)化的思想
在自由度不足時(shí)，可以考慮超馳控制和閥位控制。在自由度充足的情況下，串級(jí)、前饋、分程、閥位等都是可能的解決方案。基于基礎(chǔ)反饋控制解決多變量控制問題，可以充分發(fā)揮控制資產(chǎn)的效能。
④學(xué)以致用，實(shí)事求是
握工藝原理和過程控制知識(shí)，綜合考慮工藝要求和現(xiàn)場條件，根據(jù)控制目標(biāo)設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)實(shí)際要求的控制方案，不要犯“手里拿著錘子，看什么都像釘子”的錯(cuò)誤。
⑤來源于實(shí)踐，高于實(shí)踐
操作員對(duì)裝置的干預(yù)和過程報(bào)警說明有強(qiáng)因果關(guān)系，都是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的來源。如果裝置的生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平足夠高，應(yīng)該能滿足裝置安全、環(huán)境、效益、效率等要求。一般通過復(fù)雜控制系統(tǒng)的投用和完善可以實(shí)現(xiàn)這些要求。
復(fù)雜控制系統(tǒng)在多變量模型預(yù)測(cè)控制算法應(yīng)用之前是解決復(fù)雜過程控制問題的主要方法。但是復(fù)雜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度較高，有很強(qiáng)的藝術(shù)性。越是底層的控制系統(tǒng)就越和工藝過程結(jié)合得緊密，針對(duì)性越強(qiáng)、靈活性越差。這一點(diǎn)增加了過程控制工程師掌握復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。
二十世紀(jì)八十年代推出的多變量模型預(yù)測(cè)控制工業(yè)算法，實(shí)際上是通過一個(gè)魯棒性很強(qiáng)的方法將多變量復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)放到一個(gè)統(tǒng)一框架里進(jìn)行應(yīng)用，從而降低了多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。在一些國家，過程控制應(yīng)用水平較高，所以過渡到多變量模型預(yù)測(cè)控制就比較順暢和自然。如果多變量復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力不足，過程控制水平不高，想簡單通過多變量模型預(yù)測(cè)控制解決過程控制問題還是有很大難度。現(xiàn)在有人希望通過“云大物智移”(云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng))解決裝置過程控制問題，這個(gè)思路有待商榷。生產(chǎn)過程自動(dòng)化是企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營的本質(zhì)要素，本質(zhì)要素不可能通過賦能工具改善。
想提高裝置的生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平還是要從PID參數(shù)整定和復(fù)雜控制方案設(shè)計(jì)入手，掌握多變量復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心思想。這樣才能提高控制資產(chǎn)效能，為實(shí)現(xiàn)過程工業(yè)智能制造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
