在这个例子中，操作员尝试将设定值提高到调节机构能力以上的位置。在观察到控制器无法将过程变量
提高到这一高度后，操作员将设定值恢复到一个较低的位置。这时，调节效果并没有随着设定值
降低而同步降低，由于在先前的努力中，控制器产生了积分过量的现象，因此虽然偏差已经变成负值，
调节机构仍然在以最大力度正向动作。在累积的负偏差总量超过设定值变化前累积的正偏差总量之
前（更准确地说，在负偏差的积分达到正偏差的积分量级之前），调节机构是不会有任何反向动作的。

　　微分困局
　　PID控制器的微分控制也同样有利有弊。微分控制动作按照偏差值的变化率按比例降低控制器输出的调节力度，这可以避免过程变量过快达到设定值，从而实现平稳的调节。同时也降低了超调和振动的出现可能。
　　但是，如果微分控制得过于有力， “刹车” 效果太过明显，也可能直接造成振动。在那些能实时反映出控制器输出效果的控制过程中，比如电机或机械臂，这种现象表现得非常明显。
　　当偏差值随着设定值的改变而发生突然变化时，微分控制动作可以有效地阻止或刺激控制器输出的相应变化。这时，控制器的动作仅受微分控制决定，而不受比例或者积分控制的计算结果的影响。比起单纯的PI控制器，完整的PID控制器能够更有效地预见设定值改变后平衡状态下可能达到的最终输出（这就是微分控制动作早前一直被称作“预动作（pre-act）”的原因）。
　　这样的预见能力通常情况下能起到正面作用，但是在设定值变化时对控制器输出的刺激作用有时候可能是个麻烦，尤其在过程变量需要缓慢、稳定地变化的情况中，例如室内温度控制等。每次的温度调节都造成一股强劲的热风，这不仅仅对房间里的人来说是种煎熬，对加热炉来说更是在技术上无法实现的。
　　在这种情况下，通常会取消微分控制的能力，或者将过程变量的负数，而不是直接将偏差值，作为微分计算的基数。如果设定值不变，那么这不关取哪项数字作为微分基数的结果是一致的。如果设定值以逐阶式有规律地发生改变这两个结果仍然基本一致，除了在每阶段变化发生一瞬间的状态会有些不同。取偏差值微分的动作会造成对控制器输出的瞬时刺激，而取过程变量负值微分的动作则不会。
　　对那些存在数据采集扰动的系统来说，微分控制也有一定的问题。如果微分参数设得过高，每次的扰动都会让控制器认为过程变量发生了改变，然后产生一次强烈的微分控制动作，即使过程变量实际上早已达到了设定值。当然，在微分计算发生前过滤掉这些扰动不是件很难的事。

这里，操作员对设定值进行了完全相同的操作，所不同的是，这次使用的是带有再调饱和保护的PID控制器。
当调节机构达到最大调节力度时，保护程序停止了积分控制动作。这时，虽然过程变量仍然达
不到设定值，但是在这一过程中，不会出现再调饱和现象。所以，当设定值恢复至额定范围内，控制器
就能立即响应并开始调节。

　　全面整合
　　值得高兴的是，上述这些问题都已经在现代PID控制器中得到了妥善的解决。再调饱和保护、计算过程变量微分和扰动过滤都已经成为了大多数商用PID控制器的标准配置。这帮助了控制器形成内部的统一，以最大程度地应用每一元素的正面效用。
　　回路调试(Loop tuning)是一门选择合适的P、I、D参数以实现对设定值变化快速、稳定地响应的艺术。对PID控制器的使用来说，这是最富挑战性的工作。可喜的是，人们已经开发出无数回路调试技术和软件包来帮助处理这些“杂事”。当然，人工进行调试仍然是一项挑战，但也已经越来越方便了。

　　翻译：陈廷炯
　　请参阅 “Loop Tuning Fundamentals,” Control Engineering, 2003年7月刊; 以及 “Auto-Tuning Control Using Ziegler-Nichols,” Control Engineering, 2006年10月刊.
　　作者信息
　　Vance VanDoren是 Control Engineering的顾问编辑。联系电邮为： controleng@msn.com.

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　　“Loop Optimization Software”
　　“Auto-Tuning Control Using Ziegler-Nichols”
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References Library 栏下可以找到 “Control Engineering Reference Guide to PID Tuning.”
　　文章编号：070701
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