1、被控对象（也叫被调量）：

括压力、温度、水位、流量、浓度、功率、转速、电压、电流、含量、位移、方向、 比例等等。电厂常用的是压力、温度、水位、转速、功率。 2、调节器：

最初是单回路，后来发展到串级调节系统。现在一般课本上把串级调节系统也叫做双回 路。副调叫做内回路，主调叫做外回路，合称双回路。

我觉得这种叫法不大合适。为什么呢？因为当时只考虑到了两个PID 串在一起组成一个 调节系统，却没有考虑到两个PID 不串在一起，却仍旧是一个调节系统的情况。所以给咱现 在的表述造成困难。当时的标准：两个PID 不串在一起，那就是两个调节系统。不一定的。 比如两个互为备用的系统，控制的是一个被调量。有人说是两套系统，不妥。也有两个串级 之间相互切换的，比如两个给水泵互为备用，调节汽包水位。它们都是控制一个被调量，应 该算做一个调节系统。

更为复杂的，电厂的都知道协调系统。严格来说，协调包括了两套调节系统：功率回路 和汽压回路。可是一般咱们都说协调，基本上都说在一起了。当然，协调系统说成两个系统 也未尝不可，毕竟它们各有各的被调量。

如果为了自动投入率的考核的话，那把系统说的越多越好，增加分子了啊，“率”提高 了。

3、执行机构：

执行机构应该包括执行器和阀门两大部分。他的分类很多：

从改变位移或者角度的方面来说，包括执行器，伺服阀，电磁阀等。与之对应的被控设 备有阀门，调速汽门，给粉机和下料装置等

从改变电量的方面来说，包括继电器，变频器，固态继电器，双向可控硅，广义还包括 电炉丝等。

从控制方式来说，包括：控制开度、转速、可控硅导通角、PMW（占空比）、位移、速度、 力矩、通断等等。

从阀门种类来说，包括调节阀，开关阀。

这里需要专门说一说开关阀。有人会问：开关阀怎么实现自动调节功能？可以实现的。 举最常用的例子来说，有一种虽然称不上阀门但是可以用开关方式调节的的“执行机

构”——双向可控硅控制加热装置。也有的把双向可控硅叫双向电子开关。可控硅的导通频 率可以相当大，每秒钟可以完成10 多次通断的动作，我们把可控硅的每分钟或者每秒钟导 通的时间除以分钟或秒，称之为占空比。用PID 来调节占空比，同样也可以达到自动调节的 目的。现在，用这种方法控制加热丝以调节温度的方法应用相当普遍，效果也非常之好。一 般控制精度可以达到±1℃之内。

在真正的调节阀应用上，有的调节阀门直径非常细，小于10mm，这样的调节阀调节起 来很麻烦，也很难找到直径这么小的阀门线性还能保持很好的调节阀。有人就利用占空比的 控制原理，用气动阀门控制调节阀。这个利用占空比原理调节的气动阀门就是开关阀。曾经 有朋友做这个行业的工作，他向有关院校咨询调节方法。老教授们可能不知道这样一种新型 的控制方法，当时断定开关阀不能做为调节系统的执行机构。后来我了解了动作原理后，认 为这种阀门利用了调节占空比的原理，可以达到调节的作用。只要控制阀门的气动执行器可 以高频率工作，从原理上说，调节就没有问题。后来经过调试证明，效果良好。 3-3 自动调节系统的跟踪

自动调节系统，一定要实现无扰切换。什么叫做无扰切换？无扰切换就是在手动状态切 换到自动状态的瞬间，或者自动切向手动的瞬间，要没有任何扰动。一般来说，实现自动切 手动问题不大，要实现手动切自动，问题就复杂了点。

一、对于单回路调节系统，实现无扰切换比较简单。

简单来说，有以下几个部分：

1、手动情况下，调节器的输出跟踪执行机构的反馈。

手动时候，调节器的运算不算数，它的输出始终等于执行器的反馈，这叫做跟踪。当自 动投入的瞬间，调节器开始运算，这一瞬间开始运算的结果，叠加到这一瞬间跟踪反馈值上， 以后每一时刻都是在上一时刻输出值的叠加。那么这就引出了下一个功能： 2、调节器的输入端应该有一个执行器的反馈值。

这个反馈值没有太大的作用，他只是告诉调节器：执行器现在开度是多少。在自动状态 下，这个值也没什么用处。只有在手-自动切换的瞬间，调节器要开始累加值了，调节器才 要知道在什么基础上累加。仅此而已。 所以，咱们分析问题总是把这个值忽略，因为它基 本上对咱的分析构不成什么影响。

3、手动情况下，调节器的设定值跟踪被调量的测量值。

也就是说，手动的时候，让调节器的设定等于输入。

要这个功能有什么用处呢？还是为了无扰切换。在手动的时候，调节器实现了反馈跟踪， 可时并不是可以杜绝切换扰动的可能了。具体工作原理说来要麻烦一些。想要了解个仔细的， 听我详细说明，没兴趣的隔过不看：

假定没有设定值跟踪功能，假定手动情况下反馈开度固定在50%，此时调节器并非不运 算，它每一时刻的运算结果始终是比例积分微分的运算结果。比例的运算结果不管怎么变化， 始终是偏差乘以比例增益再加上50%。不管在任何时刻投自动，所能产生的扰动始终是偏差 乘以比例增益；

而积分作用所产生的扰动应该是，偏差产生的时候每一时刻积分作用的积累。积分作用 所能产生的扰动是偏差产生后，积分积累到手自切换时刻的结果。所以积分作用所带来的扰 动可能比比例要大。

微分所能产生的扰动在于，手自切换那一时刻，与上一时刻比较，被调量和设定值的偏 差有没有变化。如果手自切换的时候，遇上一个检测周期相比较，输入偏差没有变化，那么 微分所带来的扰动就为0，如果有变化就要有微分运算。

综合比较，微分作用产生的手自切换扰动的可能性最小，因为很难在运行人员投自动的 时候遇到大扰动；其次是比例作用产生的扰动，偏差乘以比例增益；最大的扰动可能是积分 作用导致，因为前两个都不会累加，而积分作用会累加。 当然，产生扰动的大小还要看参数的大小。

为了彻底避免产生参数运算带来的扰动，我们让手动时候，输入偏差始终为0，这种情

况下，不管你进行比例还是积分还是微分运算，其结果都是0，所以它可以最大限度的避免 切换扰动。

但是通过上面的情况可以看到：微分扰动产生的可能还是有的，不过可能性小，量也不 大，基本上可以忽略。

二、串级调节系统的无扰切换 串级系统的跟踪要麻烦些。

先说副调。手动情况下，输出等于执行机构位置反馈。设定值等于PID 调节器的测量值。 可是副调的设定值又等于主调的输出，所以主调的输出等于副调的测量。主调的设定等于主 调的测量值。

副调的调节器输入端，需要有执行机构的反馈值作为手-自切换时候的累加基础。主调 的输入端也要有一个手-自切换时候的累加基础，而这个累加基础为副调的测量值，而非执 行器反馈，因为此时需要累加的是执行机构的测量值。

3-4 高低加水位自动调节系统: w/ X' M' m' c3 o( E6 `, p ) L : H( e. Q0 n) h - R\一、基本控制策略

一般来说，高加和低加系统都采用单回路调节。在不考虑系统耦合的情况下，它们是火 电厂最简单的自动调节系统了。调节原理框图如下：' X8 X\上世纪90 年代以前，国内的调节系统都采用分立元件，也就是说有比例调节器，有积 分调节器。如果使用无差调节的话，需要使用两个调节器：比例和积分调节器。这种情况下， 尽可能使用少的调节功能就比较重要。一方面节省了费用，另一方面节省了宝贵的空间—— 当时几乎所有控制测量设备都很庞大，控制间一般都比较拥挤。所以这个时候，高低加调节 系统都采用纯比例调节。也有的电厂感觉高加系统更加重要一下，就把高加系统也加上了积 分调节器。, {8 ^0 k* I. l- _6 {4 X6 r 后来在90 年代左右，国内又引进了组件式控制系统，国内叫MZ-III 型组件控制系统。 目前国内许多教科在讲述自动调节系统的时候，还大量的用MZ-III 作为基础来讲述控制策 略。7 ?$ ]9 [. k9 h 这个系统的的调节器功能多了，既有单独的比例、积分、微分调节器，又有组合了比例 积分、比例微分、比例积分微分的调节器，可以不用过多考虑空间限制了。可是该组件故障 率较高，即使是多功能调节器，也是把比例积分微分三种功能叠加到一个调节器内部，所以 故障率还是有的，购买成本还是偏高的。

所以当时也有纯比例调节系统的存在。- C5 l$ [6 U$ {\- f8 u$ X# t; 后来，国内电厂掀起大规模的DCS 改造和应用风潮。对于DCS 来说，增加一个积分运算

功能不涉及到任何费用。并且DCS 内每个调节器一般都要加上比例积分作用，就看用户愿不 愿意使用了。那么使用积分不会带来费用和空间问题的情况下，纯比例作用渐渐要绝迹了。: 但是对于积分作用的应用，理论上还有必要搞清楚一个概念：自平衡能力。 二、自平衡能力, s# ^$ Y\{. j6 B8 x7 w 本来本文不打算提及一些过于书本化的概念。但是这里必须要对自平衡能力做一个介 绍：

& y) R1 F; [. G2 { 还是前面说的那个水池。上面一个进水管，下面一个出水管。 如果进水管流量增大一些，水池水位会增高，导致出水口压力增大，出水阀前后差压增 大，出水流量也增大，一直增大到进出水流量相等，水位卫视在新的高度不再变化。 这说明这个水池不需要经过调节，水位就可以自动稳定在一个水位。我们说：这个水池 具有自平衡调节能力。

还是这个水池。如果把出水阀换成了泵，当进水流量做一次改变的时候，不管入口压力 多泵的出水量高始终不变化，那么水池的水位会一直改变下去。很简单，这个水池没有自平 衡能力。

9 ~, 对于自平衡能力，各种教科书中，又是飞升曲线，又是迟延特性，洋洋洒洒，一般都 能说万把字。用处不大，全部省略不提。7 N; G9 t0 R, F% Z0 X% L P 0 那么我们说自平衡能力有什么用处呢？

据我看到的电力工业出版社出版的教材《自动调节原理》（西安电力学校编1980 年版） 介绍：无自平衡能力的调节对象，是不能用积分作用的。据其分析简述如下：4 e x; r/ d' `/ n u/ m( R # c2 Z2 p% w' 我们来看：当进水阀开大后，流量增加，水位升高。调节器调节使得出水泵开大，让水

位降低。当出水泵开到一定地步，进出口流量相等的时候，水位保持平衡。可是这个时候因 为积分的存在，积分使得泵以最大的速度继续开大，一直到水位等于设定值泵的流量才停止

变化。而此时，出口流量又远大于进口流量，故此水位不能稳定，形成震荡。（实际叙述很 麻烦，咱们这里虽然说了很多废话，可是总体来说还是比较简练的）9 ?* a! j3 I5 b* w* Y t9 w : F; P 这个描述存在两个问题：- e) x! q/ h5 }; D, l9 Q- F 1、积分的速度与积分参数和输入偏差有关。进出口流量相等的时候不是水位偏差最大 的时候，而是水位略微有所回调。所以此时泵的改变速度不是最大。

2、如果比例积分设置参数合适，这个系统是个逐渐收敛的过程。在手动状态下，出水 流量通过增加—降低的反复调节，最终水位可以稳定在任何一个值，而不是某一个特定值。 那么比例、积分作用使得出水流量的反复波动，最终应该可以稳定，并且实现无差。5 H$ G. S# T0 S9 e6 ] D: d* O ) `. b 所以我认为，不管有无自平衡能力，都可以使用积分作用。只是有自平衡能力的调节

对象的参数更容易整定，调节更容易稳定。

# M5 W8 g 据我考察，许多电厂不管三七二十一，全部都加有积分作用，也都能稳定运行。7 q3 }8 c4 i7 三、随动调节系统

' K' O\有人曾经提过：电厂有一种随动调节系统，也就是自动投入时候只要在正常水位范围

内，可以稳定在任何一个定值。我不清楚业内是 “随动调节系统”的提法的具体含义。但 是根据上面的表述，“可以稳定在任何一个定值”的话，要实现这个功能很简单，就是去掉 积分作用，用纯比例调节。因为纯比例调节没有消除静态偏差的功能，当然可以稳定在任何 一个值了。

0 J. G+ f4 u( L* w 对于与随动调节系统，我想应该还有一种方式：设定值是经常变动的。这样的系统很

多：火电厂的滑压运行方式，这个滑压就是压力需要平滑的波动，其设定值就应该是个波动 的函数。还有在中调控制下的机炉协调（专业术语叫做AGC）的机组负荷设定值，应该也算 是经常变动的。

电力行业之外，这种系统也很多。比如管道焊接中，为了消除热应力，需要对焊接点进 行控制下降温度法，这个控制下降的温度设定值，就应该是经常变化的，甚至是用时间函数 来确定的。

从这个意义上讲：设定值常变，有三种情况：7 Z( e9 ^\1、随便让它变不加控制；4 k& C4 A1 N) n' M7 u 2、是加以控制，根据时间或者其它情况，设定值做一个有规律的修改；3 W8 a\{; t) T* w& v9 q 3、设定值是受其他因素控制的函数计算值。 四、对于系统耦合的解决办法

我们之所以专门介绍高低加调节系统，就是因为系统之间存在着耦合，而且这种状 况在电厂中非常普 遍。下图是一个电 厂的低加系统耦合 情况示意图。 #4 低加的凝结

水流入#5 低加，#5 低加的凝结水流入