10.AI調(diào)節(jié)器在大滯后系統(tǒng)中組建串級調(diào)節(jié)的應(yīng)用心得

更新時(shí)間：2012-04-01

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一、概述

    在工業(yè)控制中，許多控制過程機(jī)理復(fù)雜，滯后大，控制對象具有變結(jié)構(gòu)，時(shí)變等特點(diǎn)。對于一個(gè)被控量的單回路簡單控制系統(tǒng)解決了大部的控制問題。對于滯后較大，時(shí)間常數(shù)較大，干擾多而劇烈的現(xiàn)象，控制質(zhì)量較差，對各個(gè)過程變量內(nèi)部存在相關(guān)過程，控制系統(tǒng)相互之間會出現(xiàn)干擾等等。因此，在簡單的控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，改用其他調(diào)節(jié)方式，如串級調(diào)節(jié)，它的特點(diǎn)是兩個(gè)調(diào)節(jié)器相串聯(lián)，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，適用于時(shí)間常數(shù)及沌滯后較大的對象，如加熱爐、蒸餾塔、鍋爐減溫水的汽溫控制。又發(fā)展了眾多的復(fù)雜控制系統(tǒng)，
    采用AI系列人工智能調(diào)節(jié)器組建串級調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)性能好,滯后小，反應(yīng)快，采用模糊規(guī)則進(jìn)行PTD調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID 算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學(xué)習(xí)和記憶被控對象的部分特征以使效果*化，具有無超調(diào)，高精度，參數(shù)確定簡單，對復(fù)雜對象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)，其整體調(diào)節(jié)效果比一般PID算法及模糊調(diào)節(jié)均更*，自整定功能的引入使復(fù)雜的參數(shù)整定簡單化，一組（M、P、T）參數(shù)即可同時(shí)確定PID 參數(shù)和模糊控制參數(shù)大大的節(jié)約了調(diào)試時(shí)間，提高了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
    AI系列人工智能調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，采用了一個(gè)副調(diào)節(jié)器（PD）系統(tǒng)功能選擇允許外部給定，副主調(diào)節(jié)器加入一些比主信號提前反應(yīng)擾動的補(bǔ)充信號（即超前信號）使得在擾動發(fā)生后主信號還沒有明顯變化時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)就進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而能及早消除擾動對主信號的影響，有效地控制主控量的變化；副調(diào)節(jié)器的給定信號由主調(diào)節(jié)器的輸出信號來校正，副調(diào)節(jié)器直接控制執(zhí)行器去操縱閥門。如果外部給定的電壓信號小于1V，則自動取消外部給定功能，而改用內(nèi)部給定值。

二、精餾塔溫度、流量串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理
采用AI-808AXL2調(diào)節(jié)器、變送器，執(zhí)行器組成蒸發(fā)溫度與冷卻液流量串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理接線如圖（一）。采用了一個(gè)副調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)取消了積分作用及AI人工智能調(diào)節(jié)功能，調(diào)節(jié)部分成為一個(gè)比例微分（PD）調(diào)節(jié)器，這時(shí)儀表在串級調(diào)節(jié)中作為副調(diào)節(jié)器使用，冷卻液的流量超前信號送給副調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器的給定信號由主調(diào)節(jié)器的輸出信號來校正，副調(diào)節(jié)器直接控制執(zhí)行去操縱冷卻液調(diào)節(jié)閥門。（圖－）

圖一：

    生產(chǎn)工藝上對精餾塔溫度控制要求是精餾塔溫度升高（或低）時(shí)，冷卻液調(diào)節(jié)閥開大（或關(guān)小）受系統(tǒng)V02儲液筒、LC調(diào)節(jié)單元的影響，冷卻介質(zhì)流量升高（或降低）時(shí)，冷卻液調(diào)節(jié)閥關(guān)?。ɑ蜷_大）使精餾塔溫度恢復(fù)到給定值，為滿足上述要求，調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)附合以下條件
2、副調(diào)節(jié)器的作用方向
    工藝上要求副調(diào)節(jié)器為反向作用，確定調(diào)節(jié)器的作用方向，只要看調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號變化方向與工藝要求調(diào)節(jié)器的輸出信號的變化方向是否一致，兩者方向一致，則調(diào)節(jié)器為正向作用，兩者方向相反，則調(diào)節(jié)器為反作用
3、主調(diào)節(jié)器的作用方向
    主調(diào)節(jié)器的作用方向，應(yīng)在副調(diào)節(jié)器的作用確定以后，再根據(jù)工藝要求來確定。因?yàn)楦闭{(diào)節(jié)器直接控制執(zhí)行器，要保證執(zhí)行器正確動作。在主調(diào)節(jié)器輸入偏差增大（或減小）時(shí)，要求主調(diào)節(jié)的輸出信號增大（或減小），因此主調(diào)節(jié)的作用為正向作用。
4、參數(shù)設(shè)置
    正確接線（圖二），注意信號方向，設(shè)置參數(shù)：副調(diào)：AI-808AXL2、流量量程標(biāo)度1.60T/h、設(shè)定值0.80T/h（系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的流量值）。dF=2、Ctrl=1、Ct1=1、Sn=32、dIP=2、dIL=0、dIH=1.60T/h、OPI=4、CF=8（反作用、外給定功能）、dL=2、可設(shè)置正、負(fù)偏差報(bào)警。主調(diào)：AI-808AXL2、傳感器熱電阻，設(shè)定值40℃、Ctrl=1，dF=0.2、Ct1=4、Sn=21、dIP=1、OPI=4、CF=1（正作用）、dL=2、可設(shè)置上、下限報(bào)警、正、負(fù)偏差報(bào)警。（圖二）

圖二：

5、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)自整定兩步操作法
    在串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有兩個(gè)閉合回路，對象超前區(qū)流量、副調(diào)節(jié)器，執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥組成內(nèi)回路，由對象惰性區(qū)、溫度、主調(diào)節(jié)器和副回路組成的外回路。
    對于冷卻液流量的變化，超前信號的反應(yīng)要比蒸發(fā)溫度的反應(yīng)快得多，因此，在流量的自發(fā)擾動時(shí)，由于副調(diào)節(jié)器的動作能及時(shí)消除它的影響而使蒸發(fā)溫度很少變化。當(dāng)蒸發(fā)溫度偏離給定值時(shí)，則由主調(diào)節(jié)器發(fā)出校正信號，通過副調(diào)節(jié)器控制執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使蒸發(fā)溫度zui后恢復(fù)到給定值。
    在串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，對副回路的要求是盡快消除擾動、對精餾塔蒸發(fā)溫度起粗調(diào)作用，因此采用比例、微分AI調(diào)節(jié)器（PD ）；而主調(diào)節(jié)器的作用是zui后保持蒸發(fā)溫度無靜差，對蒸發(fā)溫度起細(xì)調(diào)作用，采用AI調(diào)節(jié)器模糊規(guī)則進(jìn)行PID 調(diào)節(jié)的一種新型算法。
    串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器串接一起，整定工作比較麻煩。但是，由于兩個(gè)回路中對象的滯后時(shí)間和時(shí)間常數(shù)量差別較大，副回路的過程快得多，因此可以將主、副回路分開整定。即在整定副回路時(shí)，設(shè)定CF參數(shù)取消外給定，將主回路近似看作開路，這樣就可用整定單回路方法進(jìn)行整定。在整定主回路時(shí)，副回路可近似看成快速隨動系統(tǒng)，副回路可看成是主回路中的一個(gè)比例環(huán)節(jié)，則使主回路仍能按整定單回路的方法來整定。實(shí)際上，兩個(gè)回路之間存在著不可分割的。
    自整定兩步操作法用副調(diào)節(jié)器的增、減鍵手動操作控制閥門，使精餾塔正常運(yùn)行后，開始自整定操作。
    *步：副調(diào)節(jié)器CF參數(shù)改0，取消外給定功能為單回路功能，在手動狀態(tài)下，設(shè)定系統(tǒng)正常時(shí)的工作壓力值，然后投自動，起動自整定，儀表執(zhí)行位式調(diào)節(jié)，經(jīng)2-3次振蕩后自整定結(jié)束，將M5參數(shù)改成M5=0，即系統(tǒng)取消積分作用改成比例微分（PD）調(diào)節(jié)；CF參數(shù)改成CF=8，具有外給定功能后開始下一步操作。
    第二步：主調(diào)節(jié)器在手動狀態(tài)下設(shè)定值，給定值為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的溫度值，然后投自動、起動自整定結(jié)束即可。
    在系統(tǒng)調(diào)試設(shè)運(yùn)中，為防止串級系統(tǒng)的共振效應(yīng)，主回路的輸出周期應(yīng)大于副回路輸出周期的三倍，否則主、副回路的波動會互相促進(jìn)，使系統(tǒng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，防止共振的措施是改變輸出周期CtL參數(shù)值。

三、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入前的準(zhǔn)備工作

    ①檢測點(diǎn)位置是否合理和測量元件的安裝質(zhì)量直接影響著自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投入和正常運(yùn)行。
    ②傳感器的選擇：AI主調(diào)節(jié)器溫度輸入可直接采用熱電阻、熱電偶無需采用變送單元。AI副調(diào)節(jié)器輸入信號必經(jīng)采用變送輸入，因外給定與測量輸入是同一個(gè)標(biāo)度。
    ③正常運(yùn)行中，溫度的變化范圍很小，為提高測量的靈敏度，應(yīng)根據(jù)各測點(diǎn)溫度變化范圍確定,溫變的量程范圍，特別是作為副調(diào)節(jié)器的輸入由為重要。
    ④具有流量控制的副回路應(yīng)注意流量信號的恒定性。由于許多流量控制副回路在低負(fù)荷下運(yùn)行，此時(shí)主調(diào)節(jié)器輸出微小的變化就會造成流量大幅度的波動，使調(diào)節(jié)品質(zhì)變壞。需要經(jīng)常在小流量下工作其流量副回路應(yīng)加開方器為好。恒定性好流量信號可不用開方器。
    ⑤調(diào)節(jié)閥門是直接受調(diào)節(jié)器的控制信號去調(diào)節(jié)的工具，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)存在的問題較多，往往被人們忽視，如選型、流量特性對負(fù)荷變化的適應(yīng)性，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)閥的開度一般應(yīng)在40%-70%范圍內(nèi)，滿足負(fù)荷變化的平衡；其它如泄漏，機(jī)械性能等都將直接影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。

四、總結(jié)

擬定串級調(diào)節(jié)時(shí)遵循一定的原則，根據(jù)工藝條件，合理配置傳感器，找出主要干擾源，主副調(diào)節(jié)協(xié)作好，就會有好的調(diào)節(jié)效果。