1、超驰控制回路结构
两个或多个控制器的输出组合在一个信号选择器;信号选择器的输出是单个控制器中最高或最低的输出。[注: 常数/阈值(constant)也可参与信号组合]
①示意图

②高/低信号选择器
>(气开阀(FC)(即断电/断气时关闭)&如果“约束”变量超过了设定的界限, 需要"开阀来避免危险"的场景)→高选择器(AS-H)
>(气关阀(FO)(即断电/断气时全开)&如果“约束”变量超过了设定的界限, 需要"关阀来避免危险"的场景)→低选择器(AS-L)
举例说明:

④工作原理
如正常情况下是主PID(Base-Controller)在执行闭环控制;而约束PID(或称"超驰"PID: Override-Controller)的输出低于或高于主PID的输出;一旦约束变量逼近边界,超驰PID的输出迅速高于或低于主PID的输出,从而接管回路控制权限。这里有个关键点:即没有被选择的控制器不能处于积分饱和状态。[原因是当控制器输出达到最大/最小值(执行器饱和,如阀门全开/全关),但测量值与设定值的偏差仍未消除时,积分项会持续累积,即使后续偏差消失,积分项也无法快速清零,导致控制器输出“反应过度”,引发被控变量的超调、振荡]
⑤切换振荡
当主PID和约束PID的输出值在约束阈值附近交替变化时,会使阀门在两种控制逻辑之间频繁的切换,从而导致:
◆阀门的频繁动作加速定位器和执行机构的磨损
◆过程参数会出现锯齿波振荡
◆进而导致操作员对控制系统失去信任而切回手动
注:可通过调整PID参数和设置偏置(BIAS)来规避交替切换的振荡(见下解释)
⑥无扰动切换的横河方案
通过"信号选择器的Output Puchback+PID控制器的Output Tracking"来实现!这是省缺的功能
2、防积分饱和
两种抗积分饱和(Anti-Reset Windup)方案

①"外部复位"
外部复位是将信号选择器的输出(即阀门的实际开度)都作为"公共反馈信号"接入所有PID的积分器参考端。这样一来,未被选中的PID虽然输出没有被实际执行,但它的积分器会根据阀门当前的真实位置进行积分运算。
◆在Honeywell Experion PKS系统中,通过将PID块的TRK_VAL引脚连接到选择器的输出,并启用TRK_ENABLE功能来实现
◆在横河Centum VP系统中, 通过PID块的"外部积分反馈"端子(RL1/RL2)连接到选择器的输出来实现
"外部复位"的组态工作不复杂,但能解决绝大部分的积分饱和问题,因此它是最优方案
②"跟踪+偏置(BIAS)"是特定场景的解决手段:即让未被选中的PID的输出=被选中PID的输出+偏置
◆高选/AS-H:约束PID跟踪时加+5%偏置:当约束条件逼近时,约束PID的输出只需比主PID的输出高一点就能接管控制
◆低选/AS-L:约束PID跟踪时加-5%偏置:当约束条件逼近时,约束PID的输出只需要比主PID的输出低一点就能接管控制
偏置值的设置建议:太小(<1%)容易引起控制权频繁切换;太大(>15%)会在接管瞬间产生明显的扰动。经验值是阀位量程的5%-8%。
[如在Combustion Contro等特定场景: 横河方案是通过MLD-SW.BIAS来实现跟踪和偏置]
3、整定方法
用Lambda法整定先整定主PID,再整定约束PID(建议约束PID用比例为主、弱积分)
4、应用实例
①防积分饱和(外部复位)

②高/低选择器在空气/燃料交叉限制系统里的应用

③炉风机联锁控制:横河方案

