串级比例双辅助回路PID控制优化

图4-87为串级双辅助回路PID串级比例控制示意图。主控回路控制温度，两个辅助控回路，一个控制燃气流量，另一个控制空气流量。它也是某煤气燃烧炉的温度控制的实例。

从图知，它用了3个PID函数块，一个主PID函数块T（控制温度）及两个辅PID函数块G₁、G₂（一个控制燃气流量，另一个控制空气流量）。

主PID函数块反馈输入信号为“实际温度”，它从检测到的加热炉温度，经输入转换得来。主PID函数块的给定值为“给定温度”，按加热炉的温度要求选定。主PID函数块控制输出为“给定燃气流量”。用它作两辅控制回路的给定值。

燃气控制辅PID函数块反馈输入信号为“实际燃气流量”，它从检测燃气管道中的流量，经输入转换得来。主PID函数块输出的“给定燃气流量”，即为它的给定值。燃气控制辅PID函数块的控制输出，经输出转换，加载给燃气调节阀，以确保有合适燃气流量的燃气流入加热炉。

图4-87 串级比例双辅助回路PID控制示意图(www.xing528.com)

1—燃气调节阀 2—燃气PID函数块 3—温度PID函数块 4—空气PID函数块 5—空气调节阀 6—加热炉

空气控制辅PID函数块反馈输入信号为“实际燃气流量”，它从检测空气管道中的流量，经输入转换得来。主PID函数块控制输出的“给定燃气流量”，与“空燃比”（单位重量的燃气完全燃烧所需要的空气重量）相乘，即为它的给定值。空气控制辅PID函数块的控制输出，经输出转换，加载给空气调节阀，以确保有合适空气流量的空气流入加热炉。

这里空气控制回路的设定值，总是与燃气控制回路的设定值，按“空燃比”规定的比例变化，目的是使在加热炉中燃气与空气保持合适的比例，以保证有较高的燃烧效率。这是生产工艺对控制系统的要求，也是控制系统必须保证的。

从PID函数控制原理可知，当加热炉“实际温度”低于“给定温度”时，主PID函数块的控制输出的“给定燃气流量”将增加。即燃气控制PID函数块的给定燃气流量增加。如这时的实际燃气流量未变化，则燃气流量偏差增大。经燃气控制辅PID函数块调节，将增大对燃气调节阀的控制输出，使燃气调节阀阀门开大。进而，增加燃气流量。同时，空气控制辅PID函数块的给定流量也将按比例（为“空燃比”的倍数）增加。如这时的实际空气流量没有变化，则空气流量偏差增大。经空气控制辅助PID函数块调节，将增大对空气调节阀的控制输出，使空气调节阀阀门开大。进而，增加空气流量。

显然，燃气流量、空气流量按比例地都增加，既可保证加热炉良好燃烧，又将使加热炉温度上升，也就较理想地实现了对温度的调节。