AI调节器在大滞后系统中组建串级调节的应用心得

一、概述

    在工业控制中，许多控制过程机理复杂，滞后大，控制对象具有变结构，时变等特点。对于一个被控量的单回路简单控制系统解决了大部的控制问题。对于滞后较大，时间常数较大，干扰多而剧烈的现象，控制质量较差，对各个过程变量内部存在相关过程，控制系统相互之间会出现干扰等等。因此，在简单的控制系统基础上，改用其他调节方式，如串级调节，它的特点是两个调节器相串联，主调节器的输出作为副调节器的给定，适用于时间常数及沌滞后较大的对象，如加热炉、蒸馏塔、锅炉减温水的汽温控制。又发展了众多的复杂控制系统， 
    采用AI系列人工智能调节器组建串级调节,调节性能好,滞后小，反应快，采用模糊规则进行PTD调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法进行调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用改进后的PID 算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果*化，具有无超调，高精度，参数确定简单，对复杂对象也能获得较好的控制效果等特点，其整体调节效果比一般PID算法及模糊调节均更*，自整定功能的引入使复杂的参数整定简单化，一组（M、P、T）参数即可同时确定PID 参数和模糊控制参数大大的节约了调试时间，提高了控制系统的调节品质。
    AI系列人工智能调节器设计串级调节系统时，采用了一个副调节器（PD）系统功能 选择允许外部给定，副主调节器加入一些比主信号提前反应扰动的补充信号（即超前信号）使得在扰动发生后主信号还没有明显变化时，调节系统就进行调节，因而能及早消除扰动对主信号的影响，有效地控制主控量的变化；副调节器的给定信号由主调节器的输出信号来校正，副调节器直接控制执行器去操纵阀门。如果外部给定的电压信号小于1V，则自动取消外部给定功能，而改用内部给定值。

二、 精馏塔温度、流量串级调节系统

1、 调节系统的结构原理
    采用AI-808AXL2调节器、变送器，执行器组成蒸发温度与冷却液流量串级调节系统结构和原理接线如图（一）。采用了一个副调节器，系统取消了积分作用及AI人工智能调节功能，调节部分成为一个比例微分（PD）调节器，这时仪表在串级调节中作为副调节器使用，冷却液的流量超前信号送给副调节器，副调节器的给定信号由主调节器的输出信号来校正，副调节器直接控制执行去操纵冷却液调节阀门。（图－）

图一：

    生产工艺上对精馏塔温度控制要求是精馏塔温度升高（或低）时，冷却液调节阀开大（或关小）受系统V02储液筒、LC调节单元的影响，冷却介质流量升高（或降低）时，冷却液调节阀关小（或开大）使精馏塔温度恢复到给定值，为满足上述要求，调节系统应附合以下条件
2、副调节器的作用方向
    工艺上要求副调节器为反向作用，确定调节器的作用方向，只要看调节器的输入偏差信号变化方向与工艺要求调节器的输出信号的变化方向是否一致，两者方向一致，则调节器为正向作用，两者方向相反，则调节器为反作用
3、主调节器的作用方向
    主调节器的作用方向，应在副调节器的作用确定以后，再根据工艺要求来确定。因为副调节器直接控制执行器，要保证执行器正确动作。在主调节器输入偏差增大（或减小）时，要求主调节的输出信号增大（或减小），因此主调节的作用为正向作用。
4、参数设置
    正确接线（图二），注意信号方向，设置参数：副调：AI-808AXL2、流量量程标度1.60T/h、设定值0.80T/h（系统正常运行时的流量值）。dF=2、Ctrl=1、Ct1=1、Sn=32、dIP=2、dIL=0、dIH=1.60T/h、OPI=4、CF=8（反作用、外给定功能）、dL=2、可设置正、负偏差报警。主调：AI-808AXL2、传感器热电阻，设定值40℃、Ctrl=1，dF=0.2、Ct1=4、Sn=21、dIP=1、OPI=4、CF=1（正作用）、dL=2、可设置上、下限报警、正、负偏差报警。（图二）

图二：

5、串级调节系统自整定两步操作法
    在串级调节系统中有两个闭合回路，对象超前区流量、副调节器，执行器调节阀组成内回路，由对象惰性区、温度、主调节器和副回路组成的外回路。
    对于冷却液流量的变化，超前信号的反应要比蒸发温度的反应快得多，因此，在流量的自发扰动时，由于副调节器的动作能及时消除它的影响而使蒸发温度很少变化。当蒸发温度偏离给定值时，则由主调节器发出校正信号，通过副调节器控制执行器进行调节，使蒸发温度zui后恢复到给定值。
    在串级调节系统中，对副回路的要求是尽快消除扰动、对精馏塔蒸发温度起粗调作用，因此采用比例、微分AI调节器（PD ）；而主调节器的作用是zui后保持蒸发温度无静差，对蒸发温度起细调作用，采用AI调节器模糊规则进行PID 调节的一种新型算法。
    串级调节系统中两个调节器串接一起，整定工作比较麻烦。但是，由于两个回路中对象的滞后时间和时间常数量差别较大，副回路的过程快得多，因此可以将主、副回路分开整定。即在整定副回路时，设定CF参数取消外给定，将主回路近似看作开路，这样就可用整定单回路方法进行整定。在整定主回路时，副回路可近似看成快速随动系统，副回路可看成是主回路中的一个比例环节，则使主回路仍能按整定单回路的方法来整定。实际上，两个回路之间存在着不可分割的。
    自整定两步操作法用副调节器的增、减键手动操作控制阀门，使精馏塔正常运行后，开始自整定操作。
    *步：副调节器CF参数改0，取消外给定功能为单回路功能，在手动状态下，设定系统正常时的工作压力值，然后投自动，起动自整定，仪表执行位式调节，经2-3次振荡后自整定结束，将M5参数改成M5=0，即系统取消积分作用改成比例微分（PD）调节；CF参数改成CF=8，具有外给定功能后开始下一步操作。
    第二步：主调节器在手动状态下设定值，给定值为系统正常运行时的温度值，然后投自动、起动自整定结束即可。
    在系统调试设运中，为防止串级系统的共振效应，主回路的输出周期应大于副回路输出周期的三倍，否则主、副回路的波动会互相促进，使系统产生共振现象，防止共振的措施是改变输出周期CtL参数值。

三、串级调节系统投入前的准备工作     ①检测点位置是否合理和测量元件的安装质量直接影响着自动调节系统的投入和正常运行。
    ②传感器的选择：AI主调节器温度输入可直接采用热电阻、热电偶无需采用变送单元。AI副调节器输入信号必经采用变送输入，因外给定与测量输入是同一个标度。
    ③正常运行中，温度的变化范围很小，为提高测量的灵敏度，应根据各测点温度变化范围确定,温变的量程范围，特别是作为副调节器的输入由为重要。
    ④具有流量控制的副回路应注意流量信号的恒定性。由于许多流量控制副回路在低负荷下运行，此时主调节器输出微小的变化就会造成流量大幅度的波动，使调节品质变坏。需要经常在小流量下工作其流量副回路应加开方器为好。恒定性好流量信号可不用开方器。
    ⑤调节阀门是直接受调节器的控制信号去调节的工具，调节机构存在的问题较多，往往被人们忽视，如选型、流量特性对负荷变化的适应性，在系统正常运行时调节阀的开度一般应在40%-70%范围内，满足负荷变化的平衡；其它如泄漏，机械性能等都将直接影响调节品质。

四、总结     拟定串级调节时遵循一定的原则，根据工艺条件，合理配置传感器，找出主要干扰源，主副调节协作好，就会有好的调节效果。

参考文献：
（1） 石油化工自动控制设计手册 1999
（2） 热工仪表自动化 1982
（3） AI人工智能工业调节器使用说明书V6.5