【高手经验分享】整定自控系统需要注意的七个问题

整定自控系统很多人会想到自控系统PID参数整定，云南昌晖仪表制造有限公司与大家分享自控系统现场调试干货：整定自控系统除PID参数整定外，还应注意执行机构动作次数、PID死区、系统调节裕度、调节阀通流量、调节阀空行程、调节阀线性和系统耦合问题，才能真正让自控系统到达最佳控制效果。
整定自控系统需要注意的几个问题http://yunrun.com.cn/tech/622.html
1、执行机构动作次数
执行机构动作次数不能过频，过频则容易烧坏电机。动作次数与比例积分微分作用都有关系。一般来说，合适的比例带使得系统波动较小，调节器的输出波动也就小，执行器波动也少；如果输入偏差不为零，积分作用就会让输出一直向一个方向积下去。积分过强的话，会让执行器一次只动作一点，但是频繁地一点点向一个方向动作；微分作用会让执行器反复波动。
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一般来说，国产DKJ系列的执行器的电机耐堵转特性较好，其他性能不一。电机在刚得电动作的时候，电流大约是正常运转电流的5-10倍。电机频繁动作很容易升温，从而烧坏电机。另外对执行机构的传动部件也有较大磨损。
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一般来说，不管对于直行程还是角行程，对于国产还是进口，对于智能还是简单的执行器，动作次数不大于10次/分钟。对于一些进口执行器，尤其是日本的，次数还要减少。

对于执行机构是变频调节的(这里是说纯变频调节，而不是指执行机构采用变频电机)，可以让参数快点，因为变频器始终处于运行状态。需要注意的是，变频器转速线性不能太陡，否则变频器输出电流大幅度变化，影响变频寿命。

2、PID死区问题
为了减少执行器动作次数，一般都对PID调节器设置死区。在死区范围内，都认为输入偏差为0。当超过死区后，输入偏差才从0开始计算。死区可以有效减少执行器的动作次数。但是死区过大的话又带来了新的问题：调节精度降低，不过对于一般的调节系统，不要求调节精度过高，精度高意义也不大。
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图1      PID死区=3时被调量的波动  

图2     PID死区=2时被调量的波动马上减小    

提高死区降低精度的同时，也会降低调节系统稳定性。因为它造成了调节滞后。这一点不大容易被人理解。图2表明了死区过大带来的调节滞后。上面图1和图2两个图片，前半部分都是死区过大带来调节滞后，影响系统稳定性。后半部分降低了死区，调节效果马上有了大幅度的好转。

对于串级调节系统，主调的死区可以降低甚至取消。设置副调的死区就可以降低执行机构的动作次数了。

3、调节裕度问题
调节系统要有一个合适的调节裕度。如果执行机构经常处于关闭或者开满状态，那么调节裕度就很小，调节质量就受到影响。一般来说，阀门在80%以上，流量已经达到最大，所以执行机构经常开度在80%也可以说裕度减小了。

这里所说的阀门，包括了各种调节工质流量的机构，包括阀门、泵的调速部分等。

4、通流量问题
调节阀门的孔径都是经过严格计算的。不过也存在计算失误的时候。通流量过大，执行机构稍微动作一点就可能发生超调；反之执行机构大幅度动作还不能抑制干扰。所以这个问题也是个重要问题。如果通流量不合适，有些系统甚至不可能稳定运行。

图3 表明了通流量过小，输出波动较大，系统难以达到理想稳态的现象。  

5、空行程问题
在一定的开度内，调节器输出有变化，执行器也动作了，可是阀门流量没变化，这属于空行程问题。空行程有的是执行器产生的，也有阀门产生的。一般的机构都存在这个问题。空行程一般都比较小，可以忽略。可是如果过大，就不得不重视这个问题了。

解决空行程的办法有很多，一般都在DCS内完成。当然，如果执行器和阀门能够解决的，要以硬件解决为主

6、线性问题
一般来说阀门开度与流量的关系都成平滑的线性关系。这些线性关系包括直线型、等百分比型、抛物线型等。如果阀门使用时间长，或者阀门受到损伤线性就会改变。线性问题可以有多种解决办法，既有参数整定的，也有控制策略的。当然最根本的解决办法在于对线性恶化的治理。如果是比较贵重的调速泵线性恶化，难以治理更换，那只好从调节系统寻找解决办法了

还有一个普遍存在的问题：调节阀的线性恶化这基本上是个顽疾。因为调节阀动作频繁，经常在完全关闭和打开之间反复波动，相当多的阀门线性都很不好，而且还伴随着空行程偏大的问题。两个问题加起来，给自动调节带来很大的困难。本站在其他技术文章会专门谈到怎么从自动控制方面解决线性恶化问题。

7、耦合问题
一个调节系统或者执行机构的调节，对另一个系统产生干扰，或者是两个调节系统间互为干扰，产生直接耦合。解耦的办法是先整定主动干扰的调节系统，再整定被动系统。也可以在主动干扰的输出乘以一个系数，作为被动干扰的前馈。

还有一种间接耦合。这个现象在协调控制中比较明显：负荷与汽压的关系是互为耦合。解决问题的办法有两种：一种是互为修正前馈，这个解决办法的应用比较普遍，效果不是太好；更有效的办法是整定参数，效果要比前者优越得多，抗干扰能力也很大，可惜擅长此道的人太少。

上述的七个问题，除调节裕度、调节阀通流量无法用参数解决且只能用参数缓解以外，其他问题都可以通过控制策略、甚至仅仅靠整定参数就可以解决。举个例子：锅炉蒸发量430t/h。给水执行器平均每2min动作1次。一次发生意外，左侧主汽门突然关闭，蒸汽流量瞬间下降l00t/h，负荷由130MW下降到80MW，蒸汽压力下降1MPa。而汽包水位自动没有退出，波动范围是-49～73mm，设定值是39mm。我们的控制策略就是很简单很普遍的三冲量调节系统，没有做任何修改。