积分饱和现象对自动调节过程的影响及解决方法

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1、DCS系统中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决方法【摘要】介绍了积分饱和现象在热工自动调节过程中的产生及其对自调影响，并结合DCS分散控制系统中的单回路控制系统、串级双冲量控制（过热蒸汽温度调节）系统及协调控制的汽机主控系统等实例，探讨了积分饱和现象可能发生的工况，针对具体情况给出了限制单回路调节器输出、积分饱和现象发生时切换主调节器(串级双冲量控制)输出为跟踪值、为CCS增指令发生增加DEH阀门开度限制等几种相应的解决方案。【关键词】积分调节积分饱和(调节器的)偏差输入DCS分散控制系统引言火力发电厂锅炉汽轮机机组在正常运行中有大量的热工参数需要调节与控制。从生产的安全和经

2、济效益考虑，这些参数需要控制在合适的范围内。热工自动控制的任务就是自动地维持生产过程在规定的工况下，即自动地维持各被调量为设定参数值或按一定规律变化。虽然随着DCS等计算机控制系统在火电厂日益广泛的应用，实现自动调节不再局限传统仪表通常采用的比例、比例-积分、比例-积分-微分三种调节规律，而是可以根据实际被调对象的具体特点由各种常用运算组合调节规律，但是这三种运算仍然是最主要最基本的调节规律。1.积分饱和现象在自动调节过程产生及其对自调影响在热工自动调节系统中比例调节作用是最基本的调节作用，积分和微分作用作为辅助调节作用。比例调节作用贯彻在整个调节过程中，积分作用则体现在调节过程的

3、后期，用以消除静态偏差，微分作用则体现在调节过程的初期。积分调节规律是调节器输出控制作用μ(t)与其偏差输入信号e(t)随时间的积累值成正比，即μ(t)=(1/Ti)∫e(t)dt其传递函数形式：W(s)=1/(Ti*s)式中Ti为积分时间。积分调节器的阶跃响应如图一。由图可以看出，当被调量出现偏差并e(t)EEμ(t)t0tEtTi-t0t0图一呈阶跃形式变化时，积分作用并不立即变化，而是由零开始线性增长。因此只要偏差信号存在，调节器的输出旨在消除对系统影响的控制作用就一直增加，且增长的速度始终为初始速度。只有偏差为零时，积分控制作用才停止变化。这表明系统达到再次稳定时，被调量的

4、偏差必然为零。因此积分调节规律的另一特点就是消除稳态偏差，实现无差调节，其控制作用体现在调节过程的后期。下面以单回路控制系统为例说明积分饱和的产生。系统原理方框图如图二。该系统由一个测量变送器，调节器部分，一个执行部分，连同被控对象组成的闭环反馈控制系统。调节机构是自动调节系统的重要环节，它是接受调节器的控制信号去调节被调量的工具。常用的调节机构有调节阀门和挡板等，通常由执行机带动。热工自调中电动执行机动作的位置反馈信号r(t)通常为0-10mA或4-20mA.,表示阀门行程或挡板开度从最小到最大，即1-100%。de(t)μ(t)r执行机构+调节器对象-变送器图二在正常工况下，整

5、定好PID参数的调节器输出在5%-95%范围内就可以满足调节要求，使被调参数在规定范围内按一定规律变化。对应着执行机位置反馈r在5%-95%。有些非正常工况下调节器输出已达到了100%，对应执行机位置反馈也达到100%，此时对于这个负反馈的闭环调节单回路的调节对象的参数值仍然小于设定值，也即调节器的偏差输入信号e(t)仍然大于零，正向偏差的存在使积分调节规律作用下的调节器输出μ(t)继续增大，然而阀门行程或挡板开度已经最大，执行机位置反馈信号不会再增加。调节器的输出μ(t)这一增加过程直到系统其自平衡能力，或f(t)μ(t)r(t)te(t)t2t1图三由于运行值班员对系统做出其它

6、措施，使得被调对象的参数测量值等于或大于设定值。偏差输入信号e(t)不再大于零，调节器的输出μ(t)不再增大。由于系统的惯性作用，被调参数很可能将继续增加，使偏差输入信号e(t)小于零，在积分调节规律的作用下调节器的输出μ(t)开始减小。系统要求此时的执行机构向关阀门或挡板的方向动作，但是实际上，直到调节器的输出μ(t)减到小于100%后对执行机构的关向指令才开始有效。也即是如图三所示，调节系统经过t2这段时间的延迟以后才又开始正常的调节过程。我们暂且将调节器由于积分作用规律造成的输出μ(t)大于100%的上升和下降过程，如图三中表现为t1+t2这段时间的调节过程称为积分饱和。由于

7、调节系统积分饱和造成的调节机构未能及时回关的这段时间的延迟对系统影响可能是致命的。例如这种情况如果发生在给水自动调节中，就可能由于给水阀门未能及时关同时运行值班员未做其它补救措施而造成汽包水位升到比较危险的高度。如发生在引风自调中，同时送风调节机构未能及时根据实际运行工况作出相应反应，将可能引起机组炉膛压力负向大幅度增大。如发生在协调系统的汽机主控对DEH调门开度控制中，将可能引起机组负荷升高到超过规定值，短时间危机整个机组。1.在DCS系统中减小积分饱和对自动调节影