串级调节系统在智能调节器上的应用

韩宝山

阿城继电器股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150302

0 引言

自动调节系统的分类方法繁多，热工生产过程使用最广泛、最基本的是线性。闭环、恒值给定的单回路调节系统。其特点是静态时无静差、动态时无扰动。

1 串级自动调节系统构成

串级调节是由主调节器和副调节器组成。

主调节器为前馈——反馈调节系统：因为当锅炉带有冲击负荷时，需要引入流量信号作为前馈信号输入。即主要扰动作为前馈调节加入反馈系统。

前馈直接根据扰动进行调节，不测量被调量。副调节器为反馈调节系统：是根据被调量与其给定值的偏差进行调节，最后消除偏差。

外环为主调节器，主要完成对被调量的运算功能。内环为副调节器，主要完成对反馈量的运算功能。主调节器完成对偏差信号进行PID运算后，输出信号成为副调节器的串级设定信号。

其系统特征方程：

∴aG=0.23 aG在0.23～0.5之间取值

外回路衰减率过低或过高，应改变给水流量反馈参数aG。

同时应注意改变调节器的参数δ值。

2 VI87的原理及组态

在实际过程中，控制量受到执行元件和物理性能的约束而限制在一定范围内，超出范围时，控制量就不再是计算值，而是不期望的饱和值。

由公式中可知：增大PB减小比例作用；减小TI来增强积分作用；增大TD来增强微分作用。比例作用使调节过程快速阶跃使参安息趋于稳定。积分作用使被调量无静态偏差。也会使调节过程产生振荡。微分作用能有效地减小动态偏差。

此调节器最大特点是具有积分分离、输出值切换及PID控制的功能，使调节过程能快速接近设定值且非超调控制。

从积分分离动作切换到PID动作时，用平衡比率值BR过渡，实现无平衡无扰动切换。

由汽包水位与给水流量组成串级系统。

蒸汽流量副回路中，流量作为前馈信号输入。CTL12、CTL13组成主调节器的信号加上了从外部来的前馈输入Z9。

当Z12为0，直接跟踪Z11（输出）；

当Z12为1时，DU1＞PA8积分分离，输出定值DU1＜PA8进行PID运算。

副调节器由CTL04把主调节器的输出作为设定值，给水流量由AI3输入作为副调节器的反馈输入量。

当Z3为1时，输出直接跟踪Z2；

当Z3为0时，DU2〈PA7 进行PID运算DU2〉PA7 积分分离，输出定值。

副调节器的设定方式均为无平衡无扰动切换。

因为在不是串级连接时，主调节器的输出跟踪副调节器的设定值。

系统组态图

最终实现在手动状态时，调节器跟踪操作器的阀位输出信号；在自动状态时，操作器跟踪调节器的输出。

静态模型分析与具有数字技术的单回路调节器结合，能较好地完成大干扰、大时延、非线性参数的复杂运算，提高运行质量。

3 结论

因单回路调节器具有易修改性、易维护性、诊断功能齐全、用户界面友好，因而具有良好的应用前景。

[1]邱关源.电路[M].高等教育出版社，1982.

[2]康华光.电子技术基础[M].高等教育出版社，1985.