7/21/2019 PI and PID controller tuning rules an overview and personal perspective.pdf
1/6
I S S C 2 0 0 6 ,
D u b l i n
I n s t i t u t e
o f
T e c h n o l o g y , J u n e
2 8 - 3 0
P I
and PID
c o n t r o l l e r
t u n i n g r u l e s :
a n
overview
a n d
p e r s o n a l p e r s p e c t i v e
A i d a n
O'Dwyer
S c h o o l
o f
C o n t r o l
S y s t e m s
a n d
E l e c t r i c a l
E n g i n e e r i n g ,
D u b l i n
I n s t i t u t e
o f
T e c h n o l o g y ,
K e v i n S t . ,
D u b l i n
8 ,
I r e l a n d
E - m a i l : a i d a n . o d w y e r @ d i t .
i e
A b s t r a c t : T h e a b i l i t y o f
P I
a n d
PID c o n t r o l l e r s
t o c o m p e n s a t e many
p r a c t i c a l p r o c e s s e s
h a s
l e d t o
t h e i r
w i d e a c c e p t a n c e i n i n d u s t r i a l
a p p l i c a t i o n s .
T h e
r e q u i r e m e n t
t o
c h o o s e
t w o o r t h r e e c o n t r o l l e r
p a r a m e t e r s
i s
m o s t e a s i l y d o n e u s i n g t u n i n g
r u l e s . S t a r t i n g
w i t h
a
g e n e r a l
d i s c u s s i o n
o f
i n d u s t r i a l
p r a c t i c e ,
t h e
p a p e r p r o v i d e s
a
s u r v e y
o f a d d i t i o n a l
t u n i n g r u l e s f o r
c o n t i n u o u s - t i me P I a n d PID
c o n t r o l o f t i m e - d e l a y e d
s i n g l e - i n p u t , s i n g l e - o u t p u t ( S I S O ) p r o c e s s e s ,
t o
t h o s e
e x p l o r e d
i n
a
r e c e n t
b o o k
b y
t h e a u t h o r .
I
I N T R O D U C T I O N
A
t i m e d e l a y
may
b e d e f i n e d
a s
t h e t i m e
i n t e r v a l b e t w e e n
t h e
s t a r t
o f a n
e v e n t a t o n e
p o i n t
i n
a
s y s t e m
a n d i t s
r e s u l t i n g
a c t i o n a t a n o t h e r
p o i n t
i n
t h e
s y s t e m .
D e l a y s
a r e
a l s o k n o w n a s t r a n s p o r t
l a g s
o r d e a d
t i m e s ; t h e y
a r i s e
i n
p h y s i c a l ,
c h e m i c a l ,
b i o l o g i c a l
a n d
e c o n o m i c
s y s t e m s ,
a s w e l l
a s i n t h e
p r o c e s s o f
m e a s u r e m e n t
a n d c o m p u t a t i o n . M e t h o d s
f o r t h e
c o m p e n s a t i o n
o f t i m e
d e l a y e d p r o c e s s e s
may
b e
b r o a d l y
d i v i d e d i n t o p a r a m e t e r o p t i m i s e d
c o n t r o l l e r s ,
s u c h
a s
p r o p o r t i o n a l - i n t e g r a l
( P I )
o r
p r o p o r t i o n a l - i n t e g r a l - d e r i v a t i v e
( P I D )
c o n t r o l l e r s ,
i n
w h i c h
t h e
c o n t r o l l e r
p a r a m e t e r s a r e a d a p t e d
t o t h e
c o n t r o l l e r
s t r u c t u r e ,
a n d
s t r u c t u r a l l y o p t i m i s e d
c o n t r o l l e r s ,
i n w h i c h
t h e
c o n t r o l l e r s t r u c t u r e a n d
p a r a m e t e r s
a r e
a d a p t e d o p t i m a l l y
t o
t h e
s t r u c t u r e a n d
p a r a m e t e r s
o f
t h e
p r o c e s s
m o d e l .
P I
a n d
PID
c o n t r o l l e r s
h a v e b e e n
a t t h e h e a r t o f
c o n t r o l
e n g i n e e r i n g p r a c t i c e
f o r
s e v e n
d e c a d e s .
H i s t o r i c a l l y ,
t h e
f i r s t
t u n i n g
r u l e
( f o r m u l a )
f o r s e t t i n g
u p
c o n t r o l l e r
p a r a m e t e r s
w a s d e f i n e d
i n
1 9 3 4
f o r t h e
d e s i g n
o f a
p r o p o r t i o n a l - d e r i v a t i v e ( P D )
c o n t r o l l e r
f o r a
p r o c e s s e x a c t l y
m o d e l l e d
b y
a n
i n t e g r a t o r p l u s
d e l a y
( I P D )
m o d e l
[ 1 ] .
S u b s e q u e n t l y ,
t u n i n g
r u l e s
w e r e d e f i n e d
f o r
P I
a n d P I D
c o n t r o l l e r s , a s s u m i n g
t h e
p r o c e s s
w a s
e x a c t l y
m o d e l l e d
b y a f i r s t
o r d e r
l a g
p l u s
d e l a y ( F O L P D )
m o d e l
[ 2 ]
o r
a
p u r e
d e l a y
m o d e l
[ 2 ] ,
[ 3 ] .
T h e u s e o f t h e
P I
o r
P I D
c o n t r o l l e r
i s
u b i q u i t o u s
i n
i n d u s t r y .
I t h a s
b e e n
s t a t e d ,
f o r
e x a m p l e ,
t h a t
i n
p r o c e s s
c o n t r o l
a p p l i c a t i o n s ,
m o r e t h a n
95
o f
t h e
c o n t r o l l e r s a r e o f
P I
o r
PID
t y p e [ 4 - 9 ] . N e g l e c t e d b y
t h e a c a d e m i c r e s e a r c h
c o m m u n i t y
u n t i l
r e c e n t l y ,
w o r k
b y
K . J .
A s t r o m ,
T .
H a g g l u n d
a n d
F . G .
S h i n s k e y , a m o n g o t h e r s ,
h a s
s p a r k e d
a
r e v i v a l o f
i n t e r e s t
i n
t h e u s e o f t h i s
w o r k h o r s e o f
c o n t r o l l e r
i m p l e m e n t a t i o n .
One
i l l u s t r a t i v e
s t a t i s t i c i s w o r t h
q u o t i n g :
t h e a u t h o r
h a s d i s c o v e r e d
t h a t
2 9 3
o f t h e
4 0 8 s e p a r a t e s o u r c e s
o f
t u n i n g r u l e s h a v e b e e n
r e c o r d e d
s i n c e
1 9 9 2 .
H o w e v e r ,
d e s p i t e t h i s
d e v e l o p m e n t
w o r k ,
s u r v e y s i n d i c a t i n g t h e
s t a t e o f t h e a r t o f c o n t r o l
i n d u s t r i a l p r a c t i c e r e p o r t s o b e r i n g
r e s u l t s . F o r
e x a m p l e ,
i n t e s t i n g o f
t h o u s a n d s o f
c o n t r o l
l o o p s
i n
h u n d r e d s o f
p l a n t s ,
i t
h a s b e e n f o u n d
t h a t
m o r e t h a n
30 o f i n s t a l l e d P I / P I D
c o n t r o l l e r s a r e o p e r a t i n g
i n
m a n u a l
m o d e
a n d
65 o f
l o o p s
o p e r a t i n g
i n
a u t o m a t i c
m o d e p r o d u c e l e s s v a r i a n c e
i n
m a n u a l
t h a n
i n
a u t o m a t i c ( t h u s , t h e a u t o m a t i c c o n t r o l l e r s a r e
p o o r l y t u n e d ) [ 1 0 ] .
A n o t h e r i n t e r e s t i n g
s u c h
c o m m e n t c o m e s f r o m [ 1 1 ] , i n w h i c h i t
i s
s t a t e d
t h a t
P I / P I D
c o n t r o l l e r s
a r e
s o m e t i m e s d e l i b e r a t e l y
d e t u n e d
b y o p e r a t i n g
s t a f f f o r
s t e a d y s t a t e o p e r a t i o n .
A
t y p i c a l
c o n t r o l
s y s t e m
a u d i t i s
q u o t e d ,
c o m p r i s i n g
3 0 0
l o o p s , i n
w h i c h 4 6
c o n t r o l l e r s
w e r e
o p e r a t e d
w i t h
d e f a u l t
t u n i n g
p a r a m e t e r s i n t h e c o n t r o l l e r .
O t h e r
s u c h
l i t e r a t u r e
[ 1 2 ]
c l a i m s t h a t e x t e n s i v e
i n d u s t r y
t e s t i n g s h o w s
t h a t
75 o f
a l l
P I D b a s e d
l o o p s
a r e o u t
o f t u n e .
A
s u r v e y o f p a p e r p r o c e s s i n g
m i l l s
i s q u o t e d , i n w h i c h
60
o f t h e 3 6 m i l l s
s u r v e y e d
s t a t e d t h a t l e s s t h a n
h a l f o f t h e i r c o n t r o l
l o o p s
w e r e w e l l
t u n e d ( t h e
m a j o r i t y o f
t h e m i l l s
r e p o r t e d
t h a t
t h e y
h a d b e t w e e n
2 0 0 0
a n d
4 0 0 0
r e g u l a t o r y
c o n t r o l l o o p s ) . I n
a
f u r t h e r
s u c h
c o m m e n t ,
i t i s
c l a i m e d
[ 1 3 ]
t h a t
o n l y
20 o f
a l l
c o n t r o l
l o o p s
s u r v e y e d
i n m i l l
a u d i t s h a v e
b e e n
f o u n d t o
a c t u a l l y
r e d u c e
p r o c e s s
v a r i a b i l i t y
i n
a u t o m a t i c
mode o v e r
t h e s h o r t
t e r m . O f
t h e
p r o b l e m l o o p s ,
i n c r e a s e d
p r o c e s s
v a r i a b i l i t y
i n
a u t o m a t i c
mode
c o u l d b e
a s c r i b e d
s p e c i f i c a l l y
t o c o n t r o l l e r
t u n i n g p r o b l e m s
i n
a p p r o x i m a t e l y
3 0
o f
c a s e s .
M any
o f
t h e
p o i n t s
m a d e a b o v e a r e r e - i t e r a t e d
b y [ 1 4 ] .
T h e
s i t u a t i o n h a s
n o t
i m p r o v e d
m o r e
r e c e n t l y ,
w i t h
[ 1 5 ] r e p o r t i n g
t h a t
80
o f
P I D c o n t r o l l e r s a r e
b a d l y t u n e d ;
3 0 o f
PID
c o n t r o l l e r s
o p e r a t e
i n m a n u a l
w i t h a n o t h e r
30
o f
t h e
c o n t r o l l e d
l o o p s
i n c r e a s i n g
t h e s h o r t - t e r m
v a r i a b i l i t y
o f
t h e
p r o c e s s
t o
b e
c o n t r o l l e d
( t y p i c a l l y
-
1 6 1
-
7/21/2019 PI and PID controller tuning rules an overview and personal perspective.pdf
2/6
d u e t o
t o o s t r o n g i n t e g r a l a c t i o n ) . I t i s s t a t e d
t h a t
2 5 %
o f a l l P I D c o n t r o l l e r
l o o p s u s e d e f a u l t f a c t o r y
s e t t i n g s ,
i m p l y i n g
t h a t t h e y
h a v e
n o t b e e n
t u n e d a t
a l l .
T h u s ,
t h e r e
i s
s t r o n g
e v i d e n c e
t h a t
P I
a n d P I D
c o n t r o l l e r s r e m a i n p o o r l y u n d e r s t o o d a n d ,
i n
p a r t i c u l a r ,
p o o r l y
t u n e d
i n
many
a p p l i c a t i o n s .
P r o c e s s p e r f o r m a n c e d e t e r i o r a t e s
w h e n t h e c o n t r o l l e r
i s p o o r l y t u n e d ; t h i s
d e t e r i o r a t i o n
ma y b e r e f l e c t e d ,
f o r
e x a m p l e , i n
a
r e d u c t i o n i n
e n e r g y
e f f i c i e n c y a n d
i n c r e a s e d
e n v i r o n m e n t a l e m i s s i o n s .
T h e n e t
e f f e c t
w i l l
b e a n
i n c r e a s e i n
o p e r a t i n g
c o s t s a n d a
r e d u c t i o n
i n
o v e r a l l
c o m p e t i t i v e n e s s . H o w e v e r , g o o d
c o n t r o l l e r
t u n i n g ,
f o r
e x a m p l e ,
c a n
a l l o w t h e
r e c o v e r y
o f u p t o
6
o f
e n e r g y c o s t s ,
i n
a
v a r i e t y
o f
i n d u s t r i e s [ 1 6 ] .
P o o r
c o n t r o l l e r
t u n i n g
i s
s u r p r i s i n g ,
a s
v e r y
many
t u n i n g r u l e s e x i s t
t o
a l l o w t h e
s p e c i f i c a t i o n
o f t h e
c o n t r o l l e r
p a r a m e t e r s . T u n i n g
r u l e s
h a v e
t h e
a d v a n t a g e o f
e a s e o f c a l c u l a t i o n o f
t h e
c o n t r o l l e r
p a r a m e t e r s
( w h e n
c o m p a r e d
t o
m o r e
a n a l y t i c a l
c o n t r o l l e r
d e s i g n
m e t h o d s ) ,
o n t h e
o n e
h a n d ;
o n t h e
o t h e r
h a n d ,
t h e
u s e
o f t u n i n g
r u l e s
i s
a
g o o d
a l t e r n a t i v e t o t r i a l a n d
e r r o r
t u n i n g .
I t i s
c l e a r
t h a t t h e
m a n y
c o n t r o l l e r t u n i n g r u l e s p r o p o s e d
i n
t h e
l i t e r a t u r e a r e
n o t
h a v i n g
a n i m p a c t o n i n d u s t r i a l
p r a c t i c e . O n e r e a s o n
i s t h a t
t h e t u n i n g r u l e s
a r e n o t
v e r y
a c c e s s i b l e ,
b e i n g s c a t t e r e d
t h r o u g h o u t
t h e
c o n t r o l
l i t e r a t u r e ;
i n
a d d i t i o n ,
t h e n o t a t i o n u s e d
i s n o t
u n i f i e d .
I n a
b o o k
p u b l i s h e d
i n 2 0 0 3
[ 1 7 ] ,
P I
a n d PID
c o n t r o l l e r
t u n i n g
r u l e s f o r
p r o c e s s e s
w i t h t i m e
d e l a y
h a v e b e e n b r o u g h t t o g e t h e r
a n d
s u m m a r i s e d , u s i n g
a
u n i f i e d
n o t a t i o n . A
s e c o n d e d i t i o n
o f t h i s
b o o k i s
d u e
t o
b e
p u b l i s h e d
i n
2 0 0 6
[ 1 8 ] .
T h i s
p a p e r p r o v i d e s a
s u r v e y
o f
a d d i t i o n a l
t u n i n g
r u l e s f o r
c o n t i n u o u s - t i m e P I a n d
PID c o n t r o l
o f s i n g l e - i n p u t ,
s i n g l e - o u t p u t ( S I S O ) p r o c e s s e s ,
w i t h
t i m e
d e l a y , t o t h o s e e x p l o r e d
i n
[ 1 7 ] .
F i r s t l y ,
a
b r i e f
s u m m a r y
o f t h e
r a n g e
o f P I
a n d PID c o n t r o l l e r
s t r u c t u r e s
p r o p o s e d
i n
t h e
l i t e r a t u r e ,
t o g e t h e r
w i t h
t h e
p r o c e s s m o de l s u s e d
t o
d e f i n e t h e
c o n t r o l l e r
t u n i n g
r u l e s ,
i s
p r o v i d e d .
T h e n , c o n t r o l l e r a r c h i t e c t u r e
a n d
p r o c e s s m o d e l i n g
i s s u e s a r e o u t l i n e d .
S u b s e q u e n t l y ,
s p a c e
c o n s i d e r a t i o n s d i c t a t e
t h a t
j u s t
a n
o u t l i n e
o f
a d d i t i o n a l
t u n i n g
r u l e s
f o r
s e t t i n g
u p
P I
a n d
PID
c o n t r o l l e r s ,
f o r
a
n u m b e r
o f
p r o c e s s m o d e l s , ma y
b e
p r o v i d e d ;
f u r t h e r
d e t a i l s
o f
t h e
t u n i n g
r u l e s w i l l
b e
p r o v i d e d
a t t h e
c o n f e r e n c e . F i n a l l y ,
c o n c l u s i o n s
t o
t h e
p a p e r
a r e d r a w n .
O t h e r
r e v i e w s
a r e r e c o m m e n d e d
t o t h e
i n t e r e s t e d
r e a d e r
[ 1 9 ] - [ 3 5 ] .
CONTROLLER ARCHITECTURE
AND
PROCESS MODELLING
A
p r a c t i c a l d i f f i c u l t y
w i t h P I D
c o n t r o l
t e c h n o l o g y
i s a l a c k
o f i n d u s t r i a l
s t a n d a r d s ,
w h i c h
h a s
r e s u l t e d i n a
w i d e
v a r i e t y
o f PID
c o n t r o l l e r
a r c h i t e c t u r e s . S e v e n
d i f f e r e n t s t r u c t u r e s
f o r
t h e
P I
c o n t r o l l e r
a n d f o r t y - s i x d i f f e r e n t s t r u c t u r e s
f o r t h e
c o n t r o l l e r
t u n i n g
t h a t
w o r k s
w e l l
o n
o n e
a r c h i t e c t u r e
ma y w o r k
p o o r l y
o n a n o t h e r .
D e t a i l s a r e g i v e n
i n
[ 1 7 ] , [ 1 8 ] ; c o n s i d e r i n g t h e
P I D
c o n t r o l l e r ,
common
a r c h i t e c t u r e s
a r e :
1 . T h e
i d e a l
P I D c o n t r o l l e r ( F i g u r e 1 ) , g i v e n
b y
G c ( s )
=
K 1 + I + T d s J
( 1 )
F i g u r e
1 .
I d e a l P 1 D c o n t r o l l e r i n
a
u n i t y f e e d b a c k b l o c k
d i a g r a m
r e p r e s e n t a t i o n . T h i s c o n t r o l l e r s t r u c t u r e , a n d a n
e q u i v a l e n t
s t r u c t u r e ,
i s a l s o l a b e l l e d t h e
p a r a l l e l ,
i d e a l
p a r a l l e l ,
n o n - i n t e r a c t i n g ,
p a r a l l e l n o n - i n t e r a c t i n g ,
i n d e p e n d e n t , g a i n i n d e p e n d e n t
o r I S A c o n t r o l l e r [ 1 7 ] ,
[ 1 8 ] .
2 7 6
t u n i n g
r u l e s h a v e b e e n
i d e n t i f i e d
f o r
t h i s c o n t r o l l e r
s t r u c t u r e .
T h i s a r c h i t e c t u r e i s u s e d , f o r
e x a m p l e , o n
t h e
H o n e y w e l l
TDC3000 P r o c e s s M a n a g e r T y p e A ,
n o n - i n t e r a c t i v e m o d e p r o d u c t
[ 3 6 ] .
2 .
T h e
c l a s s i c a l
P I D
c o n t r o l l e r ( F i g u r e
2 ) ,
g i v e n
b y
G C , ( s ) = K
t l + - J J
c
T
s
d
N
( 2 )
F i g u r e
2 .
C l a s s i c a l
P I D
c o n t r o l l e r
i n a
u n i t y f e e d b a c k b l o c k
d i a g r a m
r e p r e s e n t a t i o n .
A l s o
l a b e l l e d t h e
c a s c a d e , i n t e r a c t i n g ,
s e r i e s ,
i n t e r a c t i v e ,
r a t e - b e f o r e - r e s e t
o r
a n a l o g
c o n t r o l l e r
[ 1 7 ] ,
[ 1 8 1 ,
1 0 1
t u n i n g
r u l e s
h a v e
b e e n i d e n t i f i e d f o r
t h i s c o n t r o l l e r
s t r u c t u r e .
T h i s a r c h i t e c t u r e i s
u s e d ,
f o r
e x a m p l e ,
o n t h e
H o n e y w e l l
TDC3000 P r o c e s s
M a n a g e r T y p e A ,
i n t e r a c t i v e
m o d e
p r o d u c t
[ 3 6 ] .
3 . T h e
n o n - i n t e r a c t i n g
c o n t r o l l e r b a s e d
o n t h e
t w o
d e g r e e
o f
f r e e d o m
s t r u c t u r e
( F i g u r e
3 ) , g i v e n b y
U ( s )
=
K
j l+
I
+
T d s
E ( s )
N
j
t l T d s
c
r R ( s )
1
+ N T d
)
sI
N /
( 3 )
P I D
c o n t r o l l e r
h a v e
b e e n i d e n t i f i e d .
C o n t r o l l e r
m a n u f a c t u r e r s
v a r y
i n t h e i r
c h o i c e
o f
a r c h i t e c t u r e ;
1 6 2
-
7/21/2019 PI and PID controller tuning rules an overview and personal perspective.pdf
3/6
I S S C
2 0 0 6 , D u b l i n I n s t i t u t e
o f
T e c h n o l o g y ,
J u n e 2 8 - 3 0
K YKcI+
T d
P r o c e s s
c t
T i s
+ T d
1 +
F i g u r e
3 .
N o n - i n t e r a c t i n g
c o n t r o l l e r ,
b a s e d o n t h e t w o
d e g r e e
o f
f r e e d o m
s t r u c t u r e ,
i n
a
u n i t y
f e e d b a c k
b l o c k d i a g r a m
r e p r e s e n t a t i o n .
A l s o
l a b e l l e d t h e m - P I D
o r I S A - P I D c o n t r o l l e r
[ 1 7 ] ,
[ 1 8 ] ,
4 4 t u n i n g
r u l e s
h a v e b e e n
i d e n t i f i e d
f o r
t h i s
c o n t r o l l e r s t r u c t u r e .
T h i s
a r c h i t e c t u r e i s
u s e d ,
f o r
e x a m p l e ,
o n
t h e
Omron
E5CK
d i g i t a l c o n t r o l l e r
w i t h
i
- 1
a n d
N
=
3
[ 3 6 ] .
T h e
m o s t d o m i n a n t
P I c o n t r o l l e r
a r c h i t e c t u r e i s t h e
i d e a l P I c o n t r o l l e r ,
g i v e n b y
T i s
T h e
w i d e
v a r i e t y
o f
c o n t r o l l e r a r c h i t e c t u r e s
i s
m i r r o r e d
b y
t h e
w i d e
v a r i e t y
o f
w a y s
i n w h i c h
p r o c e s s e s
w i t h
t i m e
d e l a y
m a y b e
m o d e l e d .
Common
m o d e l s
a r e :
1 . S t a b l e
FOLPD m o d e l , g i v e n b y
K
e - S T .
G
( s ) =
m
( )
l + s T m
2 . I P D
m o d e l , g i v e n b y
Km
- S t m
Gm
( s )
=
e
3 . F i r s t
o r d e r
l a g p l u s i n t e g r a l
( F O L I P D ) m o d e l , g i v e n b y
Gm
( s )
K
s T ,
5 ( l
+
T m )
p l u s
d e l a y
4 .
S e c o n d
o r d e r
s y s t e m
p l u s
t i m e
d e l a y
( S O S P D )
m o d e l , g i v e n b y
G M
(s )
Ke
t
( 8 )
T M T 2 , 2
+
2 , T m j s
+
1
K
e - S T
r
G M ( S ) = K m e s 9
( 1
T m i S X l
T m 2 S )
Some
82
o f
t h e
P I
c o n t r o l l e r
t u n i n g
r u l e s i d e n t i f i e d
h a v e b e e n d e f i n e d
f o r
t h e
i d e a l
P I
c o n t r o l l e r
s t r u c t u r e ,
w i t h 42 o f
t u n i n g
r u l e s b a s e d
o n a
FOLPD
p r o c e s s
m o d e l .
T h e
r a n g e
o f
P I D c o n t r o l l e r
v a r i a t i o n s h a s l e d t o a
l e s s
h o m o g e n o u s
s i t u a t i o n
t h a n f o r t h e
P I
c o n t r o l l e r ;
40
o f
t u n i n g
r u l e s
i d e n t i f i e d
h a v e b e e n d e f i n e d
f o r
t h e i d e a l
P I D
c o n t r o l l e r
s t r u c t u r e ,
w i t h 37 o f
P I D
t u n i n g
r u l e s
b a s e d
o n
a
FOLPD
p r o c e s s
m o d e l
[ 1 8 ] .
O f
c o u r s e ,
t h e
m o d e l i n g s t r a t e g y
u s e d
i n f l u e n c e s
t h e v a l u e
o f
t h e m o d e l
p a r a m e t e r s , w h i c h ,
i n t u r n ,
a f f e c t t h e
c o n t r o l l e r v a l u e s d e t e r m i n e d
f r o m
t h e t u n i n g r u l e s .
F o r t y - o n e
m o d e l i n g
s t r a t e g i e s
h a v e
b e e n d e t a i l e d
t o d e t e r m i n e
t h e
p a r a m e t e r s
o f t h e
FOLPD
p r o c e s s
m o d e l ,
f o r
e x am p l e . S p a c e d o e s n o t
p e r m i t a
f u l l
d i s c u s s i o n
o f
t h i s
i s s u e ;
f u r t h e r d e t a i l s
a r e
p r o v i d e d i n [
1 7 ] ,
[ 1 8 ] .
I I I ADDITIONAL
TUNING RULES
F O R
P I AND P I D
CONTROLLERS
B e f o r e c o n s i d e r i n g a d d i t i o n a l t u n i n g
r u l e s f o r
P I
a n d PID c o n t r o l l e r s o v e r t h o s e
p r o p o s e d
i n
[ 1 7 ] ,
i t i s
t i m e l y t o r e v i e w
t h e
a c t i o n o f
t h e P I D c o n t r o l l e r .
C o n s i d e r i n g
t h e i d e a l PID
c o n t r o l l e r ,
f o r
e x a m p l e ,
w h i c h
i s
g i v e n b y
G , ( s )
=
K c ( 1
+
+ T d s )
T i s
( 1 0 ) ,
w i t h K c
=
p r o p o r t i o n a l
g a i n ,
T i
=
i n t e g r a l
t i m e
c o n s t a n t
a n d
T d
=
d e r i v a t i v e
t i m e c o n s t a n t .
I f
T i
= 0 0
a n d
T d
=
0
( t h a t
i s , P
c o n t r o l ) , t h e n
t h e
c l o s e d
l o o p
m e a s u r e d
v a l u e
i s
a l w a y s
l e s s t h a n t h e
d e s i r e d
v a l u e f o r
p r o c e s s e s
w i t h o u t a n
i n t e g r a t o r
t e r m ,
a s a
p o s i t i v e
e r r o r
i s
n e c e s s a r y
t o k e e p
t h e
m e a s u r e d
v a l u e
c o n s t a n t ,
a n d l e s s t h a n
t h e
d e s i r e d
v a l u e .
T h e i n t r o d u c t i o n o f
i n t e g r a l
a c t i o n f a c i l i t a t e s
t h e a c h i e v e m e n t o f
e q u a l i t y
b e t w e e n
t h e
m e a s u r e d
v a l u e
a n d
t h e
d e s i r e d
v a l u e ,
a s a
c o n s t a n t e r r o r
p r o d u c e s
a n
i n c r e a s i n g c o n t r o l l e r o u t p u t .
T h e
i n t r o d u c t i o n
o f
d e r i v a t i v e a c t i o n m e a n s t h a t
c h a n g e s
i n
t h e
d e s i r e d
v a l u e
may
b e
a n t i c i p a t e d ,
a n d
t h u s
a n
a p p r o p r i a t e
c o r r e c t i o n
may
b e
a d d e d
p r i o r
t o
t h e
a c t u a l
c h a n g e . T h u s ,
i n
s i m p l i f i e d
t e r m s ,
t h e
PID
c o n t r o l l e r a l l o w s
c o n t r i b u t i o n s
f r o m
p r e s e n t , p a s t a n d
f u t u r e c o n t r o l l e r
i n p u t s .
P I
a n d
P I D
c o n t r o l l e r
t u n i n g r u l e s ma y b e
b r o a d l y
c l a s s i f i e d a s
f o l l o w s :
*
T u n i n g r u l e s
b a s e d o n
a m e a s u r e d
s t e p r e s p o n s e
*
T u n i n g
r u l e s
b a s e d
o n
m i n i m i s i n g
a n
a p p r o p r i a t e
p e r f o r m a n c e c r i t e r i o n
*
T u n i n g r u l e s
t h a t
g i v e
a s p e c i f i e d
c l o s e d l o o p
r e s p o n s e
*
R o b u s t
t u n i n g
r u l e s ,
w i t h
a n e x p l i c i t r o b u s t
s t a b i l i t y
a n d
r o b u s t
p e r f o r m a n c e
c r i t e r i o n b u i l t
i n
t o t h e
d e s i g n p r o c e s s
*
T u n i n g
r u l e s b a s e d o n
r e c o r d i n g
a p p r o p r i a t e
p a r a m e t e r s
a t t h e u l t i m a t e
f r e q u e n c y .
T u n i n g
r u l e s i n
t h e f i r s t
f o u r s u b d i v i s i o n s a r e
t y p i c a l l y
b a s e d
o n
p r o c e s s
m o d e l
p a r a m e t e r s ;
t h e
d e v e l o p m e n t
o f
a
p r o c e s s
m o d e l i s
t y p i c a l l y
n o t
r e q u i r e d
f o r
u s i n g t u n i n g
r u l e s i n t h e
f i n a l
s u b d i v i s i o n
a b o v e . Some
t u n i n g
r u l e s
c o u l d
b e
c o n s i d e r e d
t o
b e l o n g
t o more
t h a n
o n e
s u b d i v i s i o n ,
s o t h e
s u b d i v i s i o n s
c a n n o t
b e c o n s i d e r e d
t o
b e
m u t u a l l y
e x c l u s i v e ;
n e v e r t h e l e s s ,
t h e y p r o v i d e
a
c o n v e n i e n t
w a y
t o
c l a s s i f y
t h e r u l e s .
An
o u t l i n e o f
t u n i n g
r u l e s
i n
t h e s e
s u b d i v i s i o n s
i s
n ow
p r o v i d e d ;
-
1 6 3
-
7/21/2019 PI and PID controller tuning rules an overview and personal perspective.pdf
4/6
t h e s e t u n i n g
r u l e s a r e , w i t h t h e e x c e p t i o n
o f
[ 3 7 ] ,
a d d i t i o n a l t o
t h o s e c o n s i d e r e d
i n [ 1 7 ] .
T u n i n g
r u l e s b a s e d
o n
a
m e a s u r e d s t e p r e s p o n s e
a r e a l s o
c a l l e d
p r o c e s s r e a c t i o n
c u r v e m e t h o d s .
T h e
f i r s t
( a n d
m o s t w e l l - k n o w n )
t u n i n g r u l e
o f
t h i s
t y p e
w a s s u g g e s t e d
i n 1 9 4 2 [ 3 7 ] ; i n
t h i s m e t h o d ,
t h e
p r o c e s s
i s
m o d e l e d b y
a
FOLPD
p r o c e s s
m o d e l
w i t h
t h e
m o d e l p a r a m e t e r s
e s t i m a t e d
u s i n g a t a n g e n t
a n d
p o i n t m e t h o d , a s i n d i c a t e d
i n
F i g u r e 4 .
S i m p l e
f o r m u l a e
a r e u s e d
t o
d e f i n e
t u n i n g p a r a m e t e r s
f o r P I
a n d P I D c o n t r o l l e r s . T h e P I
c o n t r o l l e r
s e t t i n g s
a r e
g i v e n
b y
K c
=
m
T i
=
3 . 3 3 T m
( 1 1 )
m t m
T h e
( i d e a l ) P I D
c o n t r o l l e r s e t t i n g s
a r e g i v e n b y
Kc
E
1
m
K m
T i
=
2 x m
T d =
0 . 5 t m
( 1 2 )
m m
m
M_
F i n a l
V a l
e
o f
t h e
S t e p
R e s p o n u e
0 1 2
3 4
5
6
7 8
9
1 0
F i g u r e
4 . T a n g e n t
a n d
p o i n t m e t h o d [ 3 7 ]
f o r
d e v e l o p i n g
a
process
m o d e l .
Km
=
m o d e l
g a i n
=
r a t i o o f th e s t e a d y
s t a t e
c h a n g e
i n
process
o u t p u t
t o
s t e a d y s t a t e
c h a n g e
i n
process i n p u t ,
T m
=
m o d e l t i m e
c o n s t a n t
a n d
tm
=
m o d e l
t i m e
d e l a y .
5 4
c o n t r o l l e r
t u n i n g r u l e s
h a v e
b e e n
i d e n t i f i e d b a s e d on
t h e
m o d e l
p a r a m e t e r s
d e t e r r n i n e d
from
t h i s
m o d e l l i n g
m e t h o d . 2 1
o f
t h e
4 7 o t h e r
m o d e l l i n g m e t h o d s
f o r
d e t e r m i n i n g s u c h
a
process
m o d e l , p r i o r
t o
s p e c i f y i n g t u n i n g r u l e s ,
are
b a s e d on
d a t a
g a t h e r e d
f r o m t h e
open
l o o p process s t e p
or
i m p u l s e response
[ 1 8 ] .
O t h e r
process
r e a c t i o n curve
t u n i n g
r u l e s
are
a l s o
d e s c r i b e d ,
s o m e t i m e s
i n
g r a p h i c a l
f o r m ,
t o
c o n t r o l
processes
m o d e l e d
b y
a
v a r i e t y
o f
t i m e - d e l a y e d
m o d e l s
[ 1 8 ] .
Th e
a d v a n t a g e
o f
process
r e a c t i o n
curve
t u n i n g
s t r a t e g i e s
i s
t h a t
o n l y
a
s i n g l e
e x p e r i m e n t a l
t e s t
i s necessary.
H o w e v e r ,
t h e
d i s a d v a n t a g e s
o f
t h e s t r a t e g y
are
p r i m a r i l y
b a s e d
on
t h e
d i f f i c u l t y ,
i n
p r a c t i c e ,
o f
o b t a i n i n g
a n
a c c u r a t e
process
m o d e l ;
f o r
e x a m p l e ,
l o a d
c h a n g e s
may
occur
d u r i n g
t h e
t e s t w h i c h
may
d i s t o r t t h e
t e s t r e s u l t s
a n d
a
l a r g e s t e p
i n p u t may
b e
necessary
t o a c h i e v e a
g o o d s i g n a l
t o
n o i s e r a t i o
[ 3 8 ] .
S i m i l a r
d i s a d v a n t a g e s
w i l l a r i s e
i n
a n y t u n i n g
m e t h o d
d e p e n d e n t
on
p r i o r
m o d e l
d e v e l o p m e n t .
T u n i n g
r u l e s
b a s e d
on
m i n i m i s i n g
a n
a p p r o p r i a t e
p e r f o r m a n c e
c r i t e r i o n
may
b e
d e f i n e d
e i t h e r
f o r
o p t i m u m
r e g u l a t o r
o r o p t i m u m s e r v o
a c t i o n . P e r f o r m a n c e
c r i t e r i a , s u c h
a s
t h e
m i n i m i s a t i o n
o f t h e
i n t e g r a l o f
a b s o l u t e
e r r o r
( I A E )
i n a
c l o s e d l o o p e n v i r o n m e n t ,
m a y
b e u s e d
t o
d e t e r m i n e
a
u n i q u e s e t o f c o n t r o l l e r
p a r a m e t e r
v a l u e s . T u n i n g r u l e s
h a v e
b e e n
d e s c r i b e d , s o m e t i m e s
i n
g r a p h i c a l
f o r m ,
t o
o p t i m i s e
t h e
r e g u l a t o r r e s p o n s e ,
s e r v o r e s p o n s e
o r o t h e r c h a r a c t e r i s t i c s o f
a
c o m p e n s a t e d
d e l a y e d
p r o c e s s ,
r e p r e s e n t e d
b y a
v a r i e t y o f
m o d e l s [ 1 8 ] .
T u n i n g
r u l e s t h a t
g i v e
a s p e c i f i e d c l o s e d l o o p
r e s p o n s e
( d i r e c t s y n t h e s i s t u n i n g
r u l e s ) m a y
b e
d e f i n e d b y s p e c i f y i n g
a t i m e d o m a i n r e l a t e d
m e t r i c ,
s u c h a s
t h e
d e s i r e d
p o l e s
o f t h e
c l o s e d
l o o p r e s p o n s e .
T h e
d e f i n i t i o n m a y b e
e x p a n d e d
t o c o v e r t e c h n i q u e s
t h a t a l l o w
t h e a c h i e v e m e n t
o f
a
f r e q u e n c y
d o m a i n
m e t r i c ,
s u c h
a s a
s p e c i f i e d g a i n
m a r g i n
a n d / o r
p h a s e
m a r g i n . T u n i n g r u l e s o f t h i s t y p e
h a v e b e e n
s p e c i f i e d
t o c o m p e n s a t e
a
d e l a y e d
p r o c e s s , r e p r e s e n t e d
b y a
v a r i e t y
o f m o d e l s
[ 1 8 ] .
R o b u s t t u n i n g
r u l e s h a v e a n
e x p l i c i t r o b u s t
s t a b i l i t y
a n d / o r r o b u s t p e r f o r m a n c e c r i t e r i o n b u i l t
i n
t o
t h e
d e s i g n p r o c e s s . T u n i n g
r u l e s
o f
t h i s
t y p e
h a v e
a l s o
b e e n s p e c i f i e d
t o
c o m p e n s a t e
a
d e l a y e d
p r o c e s s ,
r e p r e s e n t e d
b y
a
v a r i e t y
o f
m o d e l s
[ 1 8 ] .
U l t i m a t e c y c l e t u n i n g
r u l e s
a r e b a s e d o n
r e c o r d i n g a p p r o p r i a t e p a r a m e t e r s
a t
t h e u l t i m a t e
f r e q u e n c y
( t h a t
i s , t h e
f r e q u e n c y
a t w h i c h m a r g i n a l
s t a b i l i t y
o f t h e
c l o s e d
l o o p
c o n t r o l
s y s t e m
o c c u r s ) .
T h e f i r s t
s u c h
t u n i n g
r u l e
w a s d e f i n e d
i n 1 9 4 2 [ 3 7 ]
f o r
t h e
t u n i n g
o f
P ,
P I
a n d P I D
c o n t r o l l e r
p a r a m e t e r s
o f
a
p r o c e s s
t h a t
m a y
o r
m a y
n o t
i n c l u d e
a
d e l a y .
B r i e f l y ,
t h e
e x p e r i m e n t a l
t e c h n i q u e
i s
a s
f o l l o w s :
a )
P l a c e
t h e
c o n t r o l l e r
i n
p r o p o r t i o n a l
m o d e
o n l y
b )
I n c r e a s e
K c
u n t i l
t h e
c l o s e d
l o o p s y s t e m o u t p u t
g o e s m a r g i n a l l y
s t a b l e ; r e c o r d
K c
( c a l l i n g
i t
K u ,
t h e u l t i m a t e g a i n ) , a n d
t h e
u l t i m a t e p e r i o d ,
T u
A
t y p i c a l m a r g i n a l l y
s t a b l e
o u t p u t ,
r e c o r d e d o n a
l a b o r a t o r y
f l o w
p r o c e s s ,
i s s h o w n
i n
F i g u r e
5 .
Flow
1 0 0 %
F i g u r e
5 .
T y p i c a l
m a r g i n a l l y
s t a b l e
p r o c e s s
v a r i a b l e
p a t t e r n .
N o t e
t h a t t h e
p a t t e m
e x h i b i t s e v i d e n c e
o f a
p r o c e s s
n o n l i n e a r i t y ,
w h i c h
i s
common
i n
r e a l a p p l i c a t i o n s .
O v e r
1 2 9
c o n t r o l l e r
t u n i n g
r u l e s
h a v e
b e e n
d e f i n e d ,
b a s e d
o n
t h e d a t a
d e t e r m i n e d
f r o m
s u c h
a
p a t t e r n
[ 1 8 ] .
S i m p l e
f o r m u l a e
a r e u s e d t o
d e f i n e
t u n i n g
p a r a m e t e r s
f o r
P I
a n d P I D
c o n t r o l l e r s .
T h e
P I
c o n t r o l l e r s e t t i n g s
ar e g i v e n
b y
K c
=
0 . 4 5 K . ,
T i
=
0 . 8 3 T U
( 1 3 ) ,
I
w i t h
t h e
( i d e a l )
P I D
c o n t r o l l e r
s e t t i n g s
g i v e n b y
*164-
09
S t e p I n p u t
0 B
0 2
| ~
~
~
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
r
-
------
-,-
- - ; -
--
- r -
---
- . - - -|--- - *-
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I S S C
2 0 0 6 , D u b l i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , J u n e
2 8 - 3 0
K c
=
0 . 6 K U , T i
=
0 . 5 T U ,
T d =
0
1 2 5 T U
( 1 4 )
T h e t u n i n g r u l e s
i m p l i c i t l y
b u i l d
a n
a d e q u a t e
f r e q u e n c y d o m a i n s t a b i l i t y
m a r g i n
i n t o
t h e
c o mp e n s a t e d s y s t e m [ 3 9 ] . H o w e v e r ,
t h e r e
a r e
a
n u m b e r o f d i s a d v a n t a g e s
t o t h e u l t i m a t e c y c l e t u n i n g
a p p r o a c h :
*
t h e s y s t e m
m u s t
g e n e r a l l y b e d e s t a b i l i s e d
u n d e r
p r o p o r t i o n a l c o n t r o l
*
t h e e m p i r i c a l
n a t u r e o f
t h e
m e t h o d
m e a n s t h a t
u n i f o r m p e r f o r m a n c e
i s n o t
a c h i e v e d i n
g e n e r a l
[ 4 0 ]
*
s e v e r a l t r i a l s
m u s t
t y p i c a l l y
b e
m a d e t o d e t e r m i n e
t h e u l t i m a t e
g a i n
*
t h e r e s u l t i n g
p r o c e s s
u p s e t s
m a y
b e d e t r i m e n t a l
t o
p r o d u c t q u a l i t y
*
t h e r e
i s
a d a n g e r
o f m i s i n t e r p r e t i n g
a l i m i t
c y c l e
a s
r e p r e s e n t i n g
t h e
s t a b i l i t y
l i m i t [ 4 1 ] a n d
*
t h e a m p l i t u d e o f
t h e
p r o c e s s v a r i a b l e
s i g n a l
may
b e
s o g r e a t t h a t
t h e
e x p e r i m e n t
m a y
n o t
b e
c a r r i e d
o u t f o r
c o s t
o r
s a f e t y c o n s i d e r a t i o n s .
S o m e o f t h e s e
d i s a d v a n t a g e s
a r e a d d r e s s e d
b y
d e f i n i n g
m o d i f i c a t i o n s o f t h e
r u l e s
i n
w h i c h ,
f o r
e x a m p l e ,
t h e
p r o p o r t i o n a l g a i n
i n
t h e e x p e r i m e n t
i s
s e t
u p
t o
g i v e
a c l o s e d
l o o p
t r a n s i e n t
r e s p o n s e d e c a y
r a t i o
o f
0 . 2 5 ,
o r
a
p h a s e l a g
o f
1 3 5 0 . U l t i m a t e
c y c l e
t u n i n g r u l e s , a n d
t h e i r
m o d i f i c a t i o n s , h a v e
b e e n
s p e c i f i e d
t o
c o m p e n s a t e
g e n e r a l , p o s s i b l y d e l a y e d
p r o c e s s e s , r e p r e s e n t e d b y
a
v a r i e t y o f m o de l s [ 1 8 ] .
I V
CONCLUSIONS
C o n t r o l
a c a d e m i c s a n d
p r a c t i t i o n e r s
r e m a i n
i n t e r e s t e d
i n t h e
u s e
o f
P I a n d
P I D
c o n t r o l l e r s .
P I D
c o n t r o l l e r t u n i n g
r u l e s c a n
b e
d i r e c t l y
i m p l e m e n t e d
i n a
n u m b e r
o f a p p l i c a t i o n s .
T h e o u t c o m e i s d i r e c t l y
m e a s u r a b l e i n , f o r e x a m p l e , e n e r g y s a v i n g s a n d
w a s t e r e d u c t i o n
( i n c l u d i n g
g r e e n h o u s e g a s e m i s s i o n
r e d u c t i o n ) . T h i s
p a p e r s u m m a r i s e s
m a i n l y
r e c e n t
w o r k
i n
t u n i n g
r u l e
d e v e l o p m e n t
f o r
p r o c e s s e s
w i t h
t i m e
d e l a y s , u p d a t i n g
t h e
i n f o r m a t i o n
p r o v i d e d
i n
[ 1 7 ] .
T h e
m o s t s t a r t l i n g
s t a t i s t i c
t o e m e r g e f r o m t h e
c o m p l e t e
w o r k
i s
t h e
q u a n t i t y
o f
t u n i n g
r u l e s
i d e n t i f i e d
t o
d a t e ;
4 4 3 P I
t u n i n g
r u l e s a n d 6 9 1 PID
t u n i n g r u l e s ,
a t o t a l o f
1 1 3 4
s e p a r a t e
r u l e s .
R e c e n t
y e a r s
h a v e s e e n a n
a c c e l e r a t i o n
i n t h e
a c c u m u l a t i o n
o f
t u n i n g
r u l e s .
I n
g e n e r a l ,
t h e r e
i s
a
l a c k
o f
c o m p a r a t i v e a n a l y s i s r e g a r d i n g
t h e
p e r f o r m a n c e
a n d
r o b u s t n e s s
o f c l o s e d
l o o p s y s t e m s
c o m p e n s a t e d
w i t h
c o n t r o l l e r s
w h o s e
p a r a m e t e r s
a r e
c h o s e n
u s i n g
t h e
t u n i n g r u l e s ;
a s s o c i a t e d
w i t h
t h i s
i s t h e
l a c k
o f
b e n c h m a r k
p r o c e s s e s ,
a t l e a s t u n t i l
r e l a t i v e l y
r e c e n t l y
[ 4 2 ] .
T h e m a i n
p r i o r i t y
f o r
f u t u r e
r e s e a r c h
i n t h e a r e a
s h o u l d
b e
a
c r i t i c a l
a n a l y s i s
o f
a v a i l a b l e
t u n i n g
r u l e s ,
r a t h e r
t h a n t h e
p r o p o s a l
o f f u r t h e r
t u n i n g
r u l e s .
H i s t o r i c a l n o t e :
T h e 7 0 t h
a n n i v e r s a r y
o f
t h e
r e c e i p t
o f
t h e f i r s t
t e c h n i c a l
p a p e r
d e s c r i b i n g
t u n i n g
r u l e s f o r
s e t t i n g u p
c o n t r o l l e r
p a r a m e t e r s
[ 2 ]
i s
p r e s e n t l y b e i n g
m a r k e d .
T h e
p a p e r w a s
r e c e i v e d
b y
t h e
P h i l o s o p h i c a l
T r a n s a c t i o n s
o f t h e R o y a l
S o c i e t y o f L o n d o n
o n
J u l y
1 5 ,
1 9 3 5 ; t h e
p a p e r
w a s
r e c e i v e d ,
i n
r e v i s e d
f o r m ,
o n
N o v e m b e r 2 6 ,
1 9 3 5 a n d
w a s
r e a d o n F e b r u a r y 2 ,
1 9 3 6 .
T h e
l e a d
a u t h o r
o f
t h e
p a p e r
s u b s e q u e n t l y
t o o k
o u t a p a t e n t o n
t h e
PID
c o n t r o l l e r
( C a l l e n d e r ,
A . a n d
S t e v e n s o n ,
A . B . , A u t o m a t i c c o n t r o l
o f
v a r i a b l e
p h y s i c a l
c h a r a c t e r i s t i c s ,
US
p a t e n t
2 , 1 7 5 , 9 8 5 .
F i l e d :
F e b . 1 7 , 1 9 3 6 ; I s s u e d O c t . 1 0 , 1 9 3 9 ) .
REFERENCES
[ 1 ]
A .
C a l l e n d a r ,
P r e l i m i n a r y
n o t e s
o n
a u t o m a t i c
c o n t r o l , I . C . I
A l k a l i
L t d . ,
N o r t h w i c h ,
U . K . ,
C e n t r a l
F i l e
N o .
R . 5 2 5 / 1 5 / 3 ,
1 9 3 4 .
[ 2 ] A .
C a l l e n d a r ,
D . R .
H a r t r e e ,
a n d A . P o r t e r , T i m e - l a g
i n
a c o n t r o l s y s t e m ,
P h i l . T r a n s .
R o y a l S o c i e t y
o f
L o n d o n S e r i e s A , v o l . 2 3 5 ,
p p .
4 1 5 - 4 4 4 ,
1 9 3 5 / 6 .
[ 3 ] D . R . H a r t r e e ,
A . P o r t e r , A . C a l l e n d e r a n d
A . B .
S t e v e n s o n ,
T i m e - l a g
i n a c o n t r o l
s y s t e m
I I ,
P r o c .
R o y a l S o c i e t y o f
L o n d o n ,
v o l .
1 6 1 ( A ) , p p .
4 6 0 - 4 7 6 ,
1 9 3 7 .
[ 4 ]
K . J . A s t r 6 m
a n d
T .
H a i g g l u n d , PID
C o n t r o l l e r s :
T h e o r y ,
D e s i g n
a n d
T u n i n g . R e s e a r c h T r i a n g l e
P a r k ,
N C : I n s t r u m e n t
S o c i e t y o f A m e r i c a ,
1 9 9 5 .
[ 5 ]
H . N . K o i v o
a n d
J . T .
T a n t t u ,
T u n i n g
o f P I D
C o n t r o l l e r s : S u r v e y
o f
S I S O
a n d M I M O
t e c h n i q u e s
i n
P r o c .
IFAC
I n t e l l i g e n t
T u n i n g A da p t i v e
C o n t r o l
S y m p . ,
S i n g a p o r e , p p . 7 5 - 8 0 , 1 9 9 1 .
[ 6 ]
W . L .
B i a l k o w s k i ,
i n
T h e
C o n t r o l
H a n d b o o k ,
W . S .
L e v i n e ,
E d . B o c a
R a t o n , F l o r i d a : C R C / I E E E P r e s s ,
p p .
1 2 1 9 - 1 2 4 2 ,
1 9 9 6 .
[ 7 ]
W . L .
L u y b e n
a n d M . L .
L u y b e n ,
E s s e n t i a l s
o f
p r o c e s s c o n t r o l . S i n g a p o r e : M c G r a w - H i l l
I n t e r n a t i o n a l E d i t i o n , 1 9 9 7 .
[ 8 ]
M . A .
H e r s h a n d M . A .
J o h n s o n ,
A
s t u d y
o f
a d v a n c e d
c o n t r o l
s y s t e m s
i n
t h e w o r k p l a c e ,
C o n t r o l
E n g . P r a c t i c e ,
v o l . 5 , n o . 6 ,
p p .
7 7 1 - 7 7 8 , 1 9 9 7 .
[ 9 ]
H .
T a k a t s u
a n d
T . I t o h , F u t u r e n e e d s
f o r c o n t r o l
t h e o r y
i n
i n d u s t r y
r e p o r t o f t h e c o n t r o l t e c h n o l o g y
s u r v e y o f J a p a n e s e i n d u s t r y ,
IEEE
T r a n s . C o n t r o l
S y s t . T e c h . ,
v o l .
7 ,
n o .
3 , p p .
2 9 8 - 3 0 5 ,
1 9 9 9 .
[ 1 0 ]
D . B .
E n d e r ,
P r o c e s s
c o n t r o l
p e r f o r m a n c e :
n o t
a t
g o o d
a s
y o u
t h i n k ,
C o n t r o l
E n g . ,
p p . 1 8 0 - 1 9 0 ,
S e p t e m b e r
1 9 9 3 .
[ 1 1 ]
P r o t u n e r
U . K .
L t d ,
T h e
s t a t e
o f
a r t i n
c o n t r o l ,
S a l e s
l i t e r a t u r e ,
1 9 9 7 .
[ 1 2 ]
U n i v e r s a l
D y n a m i c T e c h n o l o g i e s ,
B r a i n w a v e : t h e
new
c o n c e p t
i n
p r o c e s s c o n t r o l ,
S a l e s
l i t e r a t u r e ,
1 9 9 8 .
[ 1 3 ]
E n t e c h C o n t r o l
E n g i n e e r i n g L t d . , C o m p e t e n c y
i n
P r o c e s s
C o n t r o l
-
I n d u s t r y G u i d e l i n e s . V e r s i o n
1 . 0 ,
3 / 9 4 ,
1 9 9 4 .
[ 1 4 ]
C . - C .
Y u ,
A u t o t u n i n g o f
PID
c o n t r o l l e r s .
L o n d o n ,
U . K . :
A d v a n c e s
i n
I n d u s t r i a l C o n t r o l
S e r i e s ,
S p r i n g e r - V e r l a g ,
1 9 9 9 .
[ 1 5 ]
P . Va n
O v e r s c h e e a n d B .
De
M o o r ,
R a P I D : t h e e n d
o f
h e u r i s t i c
PID
t u n i n g ,
i n
P r e p r i n t s
P r o c .
P I D
0 0 :
IFAC
W o r k s h o p ,
T e r r a s s a , S p a i n ,
p p .
6 8 7 - 6 9 2 ,
2 0 0 0 .
[ 1 6 ]
C a s e
h i s t o r i e s
a c c o m p a n y i n g
Good P r a c t i c e
G u i d e
3 4 6
( I m p r o v i n g
t h e e f f e c t i v e n e s s
o f
b a s i c
c l o s e d
l o o p
c o n t r o l
s y s t e m s ) ,
T h e
C a r b o n T r u s t . A v a i l a b l e
a t
w w w . t h e c a r b o n t r u s t . c o . u k
( a c c e s s e d
D e c e m b e r
2 0 0 5 ) .
[ 1 7 ]
A .
O ' D w y e r ,
H a n d b o o k
o f
P I
a n d PID
c o n t r o l l e r
t u n i n g
r u l e s .
L o n d o n ,
U . K . :
I m p e r i a l C o l l e g e
P r e s s ,
1 S t
e d i t i o n ,
2 0 0 3 .
-
1 6 5
-
7/21/2019 PI and PID controller tuning rules an overview and personal perspective.pdf
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[ 1 8 ]
A .
O ' D w y e r ,
H a n d b o o k o f
P I
a n d P I D
c o n t r o l l e r
t u n i n g
r u l e s .
L o n d o n ,
U . K . : I m p e r i a l
C o l l e g e P r e s s ,
2 n d
e d i t i o n ,
2 0 0 6 .
[ 1 9 ] D . E .
S e b o r g ,
T . F .
E d g a r
a n d
S . L .
S h a h ,
A d a p t i v e
c o n t r o l s t r a t e g i e s f o r
p r o c e s s
c o n t r o l : a s u r v e y ,
AIChE
J . ,
v o l . 3 2 ,
p p .
8 8 1 - 9 1 3 ,
1 9 8 6 .
[ 2 0 ] S .
S . B u e n o , R . M . C .
De
K e y s e r
a n d G .
F a v i e r ,
A u t o -
t u n i n g
a n d
a d a p t i v e
t u n i n g
o f
P I D
c o n t r o l l e r s ,
J o u r n a l A ,
v o l .
3 2 , n o .
1 ,
p p . 2 8 - 3 4 , 1 9 9 1 .
[ 2 1 ]
D . G . F i s h e r ,
P r o c e s s
c o n t r o l :
a n o v e r v i e w
a n d
p e r s o n a l p e r s p e c t i v e ,
C a n a d i a n
J .
C h e m . E n g . ,
v o l .
6 9 , p p . 5 - 2 6 , 1 9 9 1 .
[ 2 2 ]
K . J . A s t r o m , T . H a g g l u n d ,
C . C .
H a n g a n d W . K . H o ,
A u t o m a t i c
t u n i n g
a n d
a d a p t a t i o n f o r P I D
c o n t r o l l e r s
-
a
s u r v e y , C o n t r o l
E n g . P r a c t i c e , v o l .
1 , p p . 6 9 9 -
7 1 4 , 1 9 9 3 .
[ 2 3 ]
K . J .
A s t r o m ,
T . H . L e e ,
K . K . T a n a n d K . H .
J o h a n s s o n , R e c e n t a d v a n c e s
i n r e l a y f e e d b a c k
m e t h o d s
-
a s u r v e y , i n
P r o c . I E E E I n t . C o n f
S y s t e m s , Ma n
C y b e r n e t i c s ,
V a n c o u v e r ,
B r i t i s h
C o l u m b i a , p p . 2 6 1 6 - 2 6 2 1 ,
1 9 9 5 .
[ 2 4 ]
K . J .
A s t r o m ,
T u n i n g
a n d
a d a p t a t i o n ,
i n
P r o c .
1 3 t h
IFAC W o r l d C o n g r e s s ,
S a n F r a n c i s c o , U . S . A . ,
P l e n a r y V o l u m e , p p .
1 - 1 8 , 1 9 9 6 .
[ 2 5 ]
G .
C h e n ,
C o n v e n t i o n a l
a n d
f u z z y
P I D c o n t r o l l e r s :
a n o v e r v i e w , I n t .
J .
I n t e l l i g e n t
C o n t r o l a n d
S y s t e m s ,
v o l . 1 ,
n o . 2 ,
p p . 2 3 5 - 2 4 6 ,
1 9 9 6 .
[ 2 6 ]
M . A .
U n a r , D . J .
M u r r a y - S m i t h a n d
S . F . A . S h a h ,
T e c h n i c a l R e p o r t
C S C - 9 6 0 1 6 , 1 9 9 6 .
A v a i l a b l e
a t
h t t p : / / w w w . m e c h . g l a . a c . u k / R e s e a r c h / C o n t r o l / P u b l i c a
t i o n s / R a b s t r a c t s / a b s 9 6 0 1 6 . h t m l
( a c c e s s e d
D e c e m b e r
2 0 0 5 ) .
[ 2 7 ]
R .
G o r e z ,
A
s u r v e y
o f PID a u t o - t u n i n g
m e t h o d s ,
J o u r n a l A ,
v o l .
3 8 , p p . 3 - 1 0 , 1 9 9 7 .
[ 2 8 ]
K . K . T a n , Q . G .
W a n g , C . C . H a n g a n d
T . J .
H a g g l u n d . A d v a n c e s
i n PID c o n t r o l , L o n d o n ,
U . K . :
A d v a n c e s
i n
I n d u s t r i a l
C o n t r o l
S e r i e s ,
S p r i n g e r -
V e r l a g ,
1 9 9 9 .
[ 2 9 ]
K . J .
A s t r 6 m a n d
T . H a g g l u n d ,
T h e
f u t u r e o f P I D
c o n t r o l
i n
P r e p r i n t s
P r o c . PID
0 0 : I F A C
W o r k s h o p ,
T e r r a s s a , S p a i n , p p .
1 9 - 3 0 ,
2 0 0 0 .
[ 3 0 ]
M.
L e l i c
a n d
Z .
G a j i c ,
A r e f e r e n c e
g u i d e
t o P I D
c o n t r o l l e r s
i n
t h e n i n e t i e s
i n
P r e p r i n t s
P r o c .
P I D
0 0 :
IFAC W o r k s h o p , T e r r a s s a ,
S p a i n , p p . 7 3 - 8 2 ,
2 0 0 0 .
[ 3 1 ]
P . C o m i n o s a n d
N .
M u n r o ,
P I D
c o n t r o l l e r s :
r e c e n t
t u n i n g
m e t h o d s a n d
d e s i g n
t o
s p e c i f i c a t i o n ,
I E E
P r o c .
C o n t r o l
T h e o r y A p p l i c . ,
v o l .
1 4 9 ,
n o .
1 ,
p p .
4 6 - 5 3 ,
2 0 0 2 .
[ 3 2 ]
C . C .
H a n g ,
K . J . A s t r 6 m
a n d
Q . G . W a n g , R e l a y
f e e d b a c k
a u t o - t u n i n g
o f
p r o c e s s
c o n t r o l l e r s
a
t u t o r i a l r e v i e w ,
J .
P r o c e s s
C o n t r o l ,
v o l .
1 2 , p p .
1 4 3 -
1 6 2 ,
2 0 0 2 .
[ 3 3 ]
A . O ' D w y e r ,
P I D
c o m p e n s a t i o n
o f
t i m e
d e l a y e d
p r o c e s s e s :
a
s u r v e y ,
i n P r o c . I r i s h S i g n a l s
S y s t e m s
C o n f : , D u b l i n , I r e l a n d ,
J u n e
2 9 - 3 0 ,
p p .
5 - 1 2 ,
2 0 0 0 .
[ 3 4 ]
A .
O ' D w y e r ,
P I D c o m p e n s a t i o n
o f t i m e
d e l a y e d
p r o c e s s e s
1 9 9 8 - 2 0 0 2 :
a
s u r v e y ,
i n
P r o c . A m e r i c a n
C o n t r o l
C o n f . ,
D e n v e r ,
C o l o r a d o , U S A , p p .
1 4 9 4 -
1 4 9 9 ,
2 0 0 3 .
[ 3 5 ]
C . - H .
L e e ,
A
s u r v e y
o f
PID c o n t r o l l e r
d e s i g n
b a s e d
o n
g a i n
a n d
p h a s e
m a r g i n s ,
I n t e r n a t i o n a l
J o u r n a l
o f
C o m p u t a t i o n a l C o g n i t i o n ,
v o l .
2 ,
n o .
3 ,
p p .
6 3 - 1 0 0 ,
2 0 0 4 .
[ 3 6 ]
I S M C .
R A P I D : R o b u s t
A d v a n c e d
PID
C o n t r o l
M a n u a l .
I n t e l l i g e n t
S y s t e m M o d e l i n g
a n d
C o n t r o l
n v ,
B e l g i u m ,
1 9 9 9 .
[ 3 7 ]
J . G .
Z i e g l e r
a n d
N . B . N i c h o l s , O p t i m u m
s e t t i n g s f o r
a u t o m a t i c
c o n t r o l l e r s ,
T r a n s .
ASME, v o l . 6 4 , p p .
7 5 9 - 7 6 8 ,
1 9 4 2 .
[ 3 8 ]
D . E . S e b o r g ,
T . F . E d g a r
a n d
D . A . M e l l i c h a m p ,
P r o c e s s
d y n a m i c s a n d
c o n t r o l , New
Y o r k :
J o h n
W i l e y
a n d
S o n s ,
1 9 8 9 .
[ 3 9 ]
A . M .
De
P a o r , A f i f t i e t h a n n i v e r s a r y
c e l e b r a t i o n
o f
t h e
Z i e g l e r - N i c h o l s
P I D
c o n t r o l l e r ,
I n t .
J .
E l e c t .
E n g .
E d u c a t i o n , v o l . 3 0 ,
p p . 3 0 3 - 3 1 6 , 1 9 9 3 .
[ 4 0 ]
S . - H . Hwang
a n d T . - S .
T s e n g ,
P r o c e s s
i d e n t i f i c a t i o n a n d c o n t r o l
b a s e d o n d o m i n a n t
p o l e
e x p a n s i o n s , C h e m . E n g . S c i . ,
v o l .
4 9 ,
n o .
1 2 ,
p p .
1 9 7 3 - 1 9 8 3 , 1 9 9 4 .
[ 4 1 ] D . W .
P e s s e n ,
A n e w l o o k
a t
P I D - c o n t r o l l e r t u n i n g ,
T r a n s .
A S M E .
J . D y n . S y s . ,
M e a s . C o n t r o l ,
v o l .
1 1 6 ,
n o .
3 , p p . 5 5 3 - 5 5 7 , 1 9 9 4 .
[ 4 2 ]
K . J . A s t r 6 m
a n d T . H a g g l u n d ,
B e n c h m a r k s y s t e m s
f o r P I D c o n t r o l , i n P r e p r i n t s r o c
PID 0 0 : IFAC
W o r k s h o p ,
T e r r a s s a ,
S p a i n ,
p p . 1 8 1 - 1 8 2 ,
2 0 0 0 .
-
1 6 6 -