1. DCS单回路温度控制DOE基线建立
基线任务拆解与可复现条件
本例的目标不是“调好温度”，而是建立一份无干扰、可复现的基准数据集：在DCS仿真环境中，让单回路温度控制器在稳态下接受一次设定值阶跃，完整记录PV（过程变量）、OP（控制器输出）与偏差DEV=SP−PV的响应曲线。后续DOE的所有对比都将以这份基线为参照，因此基线本身必须满足三个条件：初始稳态可验证、扰动唯一（只有SP阶跃）、采样与记录口径固定。
建议的仿真对象与参数（示例假设，需按实际仿真模型核对）：一阶惯性加纯滞后温度对象，增益K=1.8 ℃/%，时间常数T=120 s，纯滞后τ=15 s；控制器为PI，比例增益Kp=2.0，积分时间Ti=90 s；量程PV 0~200 ℃，OP 0~100 %；采样周期1 s，记录周期1 s。阶跃幅度取SP从80 ℃升至90 ℃（+10 ℃），该幅度在后续幅度筛选中属于“中”档，便于观察完整动态过程。
基线建立的关键操作与判据
- 稳态确认：在SP=80 ℃下连续运行至少10 min（约5倍时间常数），要求最近2 min内PV波动≤0.2 ℃、OP波动≤0.5 %，否则先排查对象模型初值或控制器手自动状态。
- 记录起点对齐：在阶跃前预留60 s的稳态记录段，作为“零时刻”前的参照；阶跃时刻记为t=0，所有指标均以t=0为基准计算。
- 施加唯一扰动：仅修改SP，OP限幅、输出偏置、前馈、串级等一律保持关闭或固定，确保响应只由SP阶跃引起。
- 记录到再稳态：持续记录至PV重新进入±0.5 ℃带并保持不少于3 min，确保调节时间与稳态偏差可判读。
基线数据文件建议至少包含：时间戳、SP、PV、OP、DEV五列，并附一行元数据（对象参数、PID参数、阶跃幅度、采样周期），否则后续DOE无法复现同一基准。
基线响应结构与指标判读
下图给出本例基线试验的信号链与响应形态：左侧是DCS回路的信号流向（SP设定→偏差计算→PI控制器→OP输出→温度对象→PV反馈），右侧是阶跃后PV与OP的典型响应及四个待记录指标的位置。图中标注的数值为按上述示例参数推算的预期量级，用于说明判读位置，实际以仿真记录为准。
基线数据集字段与记录口径
为了让后续DOE能直接复用，基线记录表应固定字段与单位，避免不同试验之间口径漂移。下表给出可直接套用的记录结构（示例值按前述参数推算，仅作格式示范）：
| 字段 | 含义 | 单位 | 示例值 |
|---|---|---|---|
| t | 相对阶跃时刻的时间 | s | 0 / 60 / 300 |
| SP | 设定值 | ℃ | 90.0 |
| PV | 过程变量 | ℃ | 80.0 → 90.3 |
| OP | 控制器输出 | % | 44.4 → 50.0 |
| DEV | 偏差 SP−PV | ℃ | +10.0 → −0.3 |
| 超调量 | PV峰值−SP终值 | ℃ | ≈0.3（示例） |
| 调节时间 | 进入±0.5 ℃带并保持 | s | ≈200（示例） |
| 稳态偏差 | 末段PV均值−SP | ℃ | ≈0.0（示例） |
若稳态偏差明显不为零，先检查积分作用是否被切除、OP是否已到限幅，而不是直接调整PID参数——基线阶段任何参数改动都会破坏“无干扰”前提。
基线合格性检查
- 唯一扰动：记录段内除SP阶跃外，OP限幅、手自动切换、前馈均无动作。
- 数据完整：从阶跃前60 s到再稳态后180 s无断点，采样周期一致。
- 指标可算：超调量、调节时间、稳态偏差三项均可从记录中直接读出，且与元数据中的对象/PID参数一并存档。
- 可复现：同一组对象与PID参数重跑一次，三项指标差异应在记录精度范围内（如超调量差≤0.1 ℃、调节时间差≤10 s）。
完成以上记录与检查后，这份基线数据集即可作为后续设定值阶跃幅度筛选与PID两因子试验的统一参照，所有对比结论都以本基线为起点计算变化量。