优秀业余国学名家贺庆之教授

贺庆之教授。男，汉族。中国湖南道县人。58年毕业于华中工学院（现华中科技大学）动力系。陕西科技大学电气电子学院教授，曾兼任美国传记研究院顾问研究委员会中名誉会员。中国管理科学院学术委员会特约研究员。

长期从事教育工作，主要是研究生的状态最优估计与系统辨识，最优控制与自适应控制，鲁棒控制与过控系统，科学和工程计算基础，MATLAB与科学计算，MATLAB辅助优化计算与神经网络模型，过程控制MATLAB仿真与辅助设计，MATLAB控系与模糊控制的simulink仿真，应用概率统计；MATLAB在高数中应用，MATLAB在理工课中应用，Excel2002高级应用-数理统计，VB控件，运筹学，传感器，测量仪表，过程控制仪表，PHOTOSHOP照片精密艺术加工等的教学与研究。

代表性著作与论文：独编100多万字的《检测仪表与自动调节装置》，主编全国高校统编教材《过程控制仪表与装置》、《检测技术及仪表》参编《过控工程》；论文《从几种递推辨识的精确性来观察自适应控制系统》、《线性系统最大似然松驰递推估算中的几种处理方法》、SLPC用于有t，P补偿流量与比值控制时的程序》、《电容式压力传感器的计算机辅助分析》，《近似变换大纯滞后的过程最优控制》，《极板放在同一平面上的电容敏感器件的研制》，《基于神经网络逆模型的残碱控制系统》，《惯性时延工业对象的H混合鲁棒控制》等。

发明专利“TPSX-1型可编程序数显仪”，本仪器可将输入信号作正、负任意单值函数运算（斜率±0.04～112.00）滚动平均滤波，积分累计，上下限与积分累计达标音响报警，编程指定显示内容或瞬时值与累计值交替显示，该仪用于与可测变量成函数关系的间接参数，例如与温度成指数关系的反应速度及其积分表示的反应完成程度；如纸浆蒸煮程度“H”因子、杀菌程度“F”因子、容器内装有机械搅拌器的液体装载量运算（输入为液位）。该仪还可用于工业对象阶跃响应特性曲线的数据采集并存放RAM，RAM数据装满溢出报警，0点量程任意设置，0点修正等功能。该仪入选《中国“八五”科技成果选》与《世界优秀专利技术精选》和《环球优秀专利技术》。

首次提出活人穿透长城为“神秘客观存在”将人及衣裤化为“过滤性微元体”穿透长城，随后再将亿万只微元体重新组装成原来活人及衣物的学说。

传略入选《强国丰碑》、《国际传记大辞典25卷》、国际杰出导师录（7）》、国际知识分子名人录（12）》、《当代中国科学家与发明大辞典（2）》、《中国专家人才库（1）》、《二十一世纪人才库（3）》、中华英模大典》、《世界科技专家》、《世界优秀专家人才名典（2中）》等。

最优PID调节控制的现状与发展

贺庆之（陕西科技大学自控） 贺静(克瑞国际贸) 李玮(海式家具)

早在本世纪初贺庆之就研制出最优PID控制系统参数（比例增益kp、积分时间Ti、微分时间Td）算法程序，作为指导毕业论文个人利器，直到2018年校庆60周年才把整个算法软件、追加用它开设控制对象参数与控制器参数变动对控制质量影响实验说明，交给陕科大。本文着重说明它的现状与发展。

（一）。惯性有纯滞后对象最优PID调节（控制）现状

在文献（1）给出最优PID参数算出软件格式：主程序[kp,Ti,Td]=Hheqingz0048(搜索范围，对象参数，目标函数号，阶数）、等号左边括弧内为各输出、右边为各种输入；5个被调用子程序：[kp]=heqz001(*)、[Ti]=heqz002(*)、[Td}=heqz003(*)、[目标函数]=heqx00”(*)、[阶跃响应y]=heqz005(*)。它们解决了靠经验公式算法过渡到计算机编程以目标函数达极小所得到的kp、TI、TD 结果。即最优PID参数。图1. 显示两种算法在同一被控对象上所达到的动态波形。

工业生产有大量的惯性加纯滞后被控对象，是过控重点研究。被控对象纯滞后时间tao与惯性滞后时间T之比：(tao/T)>0.3为大迟延，迟延越大越难控制，图1.显示(tao/T)=0.157,其PID经验公式整定系统有较大幅度波动，而计算机数字最优整定较平滑。经验整定有不能投运，图2. 特难控的特大迟延对象，经验整定大振幅扩散，数字最优PID平滑过渡。

计算机最优PID起步投入应用，（kp、Ti、Td）算法只采用1次优化，如图3. 所示。图中kp1类似最优比例调节，(kp1,Ti1)类似最优比例加积分调节，这两种是以往最常用的，现在将它们置于最优状态，动态响应亦是如此欠佳。对比上两种：最优比例加积分加微分控制、动态误差要小很多，这一点打破了传统观念：因为微分控制信号是误差对时间的一阶导数，总以为微分的加入会影响系统稳定，在此作了否定的回答。在初步应用推广最优PID时，就是推广这种(kp,Ti,Td)只进行1次优化的软件。它的优点是波动较小，但有一稳态误差消失得较慢。

图4.显示(PID)一次优化(kp1+Ti1+Td1)波动幅度小、有一较小的稳态误差消失较慢的情况，波动弧度小是它在初始应用中能够成功满意的关键；二次循环优化(kp2+Ti2+Td2)波动幅度大于一次优化，但它没有稳态误差。作者2018年在陕科大校庆、给电控信息学院公开的正是这种单一目标函数、一次性优化(PID)最优算法的全部软件。

（二）。进一步提高最优（PID）控制质量的努力与发展方向

选择最优使用的目标函数和增加（PID）循环优化次数，是两项提高(PID)控制质量的措施。现在作者已经编制完成这两种情况的软件群。图5.是在(tao/T1)=0.2826接近0.3稍微难控的被控对象下，用七种不同目标函数、一次（PID）最优、它们的控制质量各不相同。按图中显示：目标函数n03控制质量最好；与它非常接近的是n05和n07；n04最差其次是n06/、n01两种目标函数。

七种目标函数控制质量各不相同的这种关系不是固定不变的，它们随着对象和优化次数的不同而有所不同。目标函数是一个被积函数对时间求定积分(或求和)，n01的被积函数为误差平方，最常用的最小二乘法就是误差平方和目标函数，n02是绝对误差，n03是误差平方乘时间，n04是绝对误差乘时间平方，n05是误差平方乘时间平方，n06是绝对误差除时间1.1次方n07是误差平方乘时间3次方。

图6. 显示的亦是不同目标函数对控制效果有不同的影响，但它们是在对象稍有变化和5次优化（PID)的控制结果。图中最好的保持为n03,其次是n06和n07，最差的变成n05,其次是n02和n04.。值得注意的是no3在一次优化(PID)最优时有很高的超调量，见图4.，但在5次优化(PID)最优时，超调量大幅度下降，见图5.，阶跃响应能很平滑地跃迁到新的平衡点，控制质量非常好。在应用中，可以运行图6.所示的软件选择不同对象对应较好的目标函数。作者编制有这样的软件群。

图7. 全面展示一次优化纯比例(P)1、一次优化纯比例加积分(PI)1、一次优化纯比例加积分加微分(PID)1,以及两次优化(PID)2和大于两次等各个多次优化(PID)等等不同控制方式下的工作情况。已知惯性加纯滞后广义被控对象，当纯滞后时间tao与惯性时间常数T之比大于0.3(即tao/T>0.3)时 ，称为大迟延系统，公认为难控系统。这种比值越大越难控制。图7. 所示(tao/T1)=2.0814>>0.3，为特大纯滞后对象、极难控制调节系统，图中所示是以目标函数n04为极小的各次优化(PID)最优的运行结果。

它们全部为稳定系统、都能衰减到新的稳定点。例如图中符号(PID)1表示kp+Ti+Td各经过一次优化。按图7.所示：一次优化的纯比例控制为(P)1、一次优化的比例加积分控制为(PI)1和一次优化的比例加积分加微分控制(PID)1，它们的震幅很都很大，但都衰减，直到4次优化(PID)4的控制才有较小的震幅，而5次和大于5次的各次优化最优(PID)控制，都能很平滑的过渡到新的平衡点，为平滑过渡过程，达到极好的控制质量。现在已经编程有9次优化即(PID)9的最优软件群，可以提供实际应用。今后的应用发展则是面向复杂控制系统。

参考文献

金以慧 主编。 过程控制 清华大学出版社，pg136

贺教授业余创作