比值控制系统

1、 比值控制系统比值控制系统 一、比值控制系统概述 在工业控制现场，有的系统要求两种或几种原料按一定比例进料。 例如： 1、氨合成生产过程：3H2+1N2=2NH3 要求H2和N2完全按照3：1进料。 2、造纸过程中，对纸浆浓度有要求，进料浓纸浆和水的进料就要满足一定比例。 如果有三个进料，对三个进料之间需要满足一定比例关系。比值控制系统: : 实现两个或两个以上参数符合一定的比例关系的控制系统。 氨合成炉：物料A与物料B比值为K两个或两个以上参数分为主动量和从动量。主动量：主动量：需要保持比值关系的两种物料中，处于主导地位物料控制量，称之为主动量。从动量：从动量：按主物量进行配比变化的物料，在

2、控制过程中随主物料而变化，称之为从动量。主动量:物料B从动量:物料A，跟随物料B的流量而变化 比值控制系统就是要实现从动量与主动量成一定的比值关系: K = F2为从动量A ， F1为主动量BF2F1二、比值控制系统的类型1) 开环比值控制系统2) 单闭环比值控制系统3) 双闭环比值控制系统4) 变比值控制系统1） 开环比值控制系统F2随着F1的变化，F2将跟着变化，满足F2=KF1的要求。原理图方框图KF1F2比值比值器K对象控制阀变送器F1干扰 开环比值控制系统是最简单的比值控制系统， 同时也是一个开环控制系统。 特点：由于系统是开环的，对从动量F2有干扰无法克服，无法保持比值关系。 适用

3、场合：适用于从动量较平稳且比值关系要求不高的场合，实际生产上很少用。2） 单闭环比值控制系统 单闭环比值控制系统是为了克服开环比值系统存在的不足，在开环比值控制系统的基础上，增加一个从动量的闭环控制系统。 即实现从动量跟随主动量变化而变化，又可克服从动量本身干扰对比值的影响。FCF1F2KF2变送器F1变送器控制器FC控制阀对象K干扰SpSp3） 双闭环比值控制系统 双闭环比值控制系统是为保证主动量稳定在给定值，使得总量稳定。 结构上，在单闭环比值控制系统的基础上，增加一个主动量的闭环控制系统。 即实现从动量跟随主动量变化而变化，又克服干扰，保证输出总量稳定。SpF2KF1CF2CF1F1变送

4、器控制器控制阀主对象KF2变送器控制器控制阀从对象-F1CF2CSp1、双闭环比值控制系统是克服单闭环比值控制系统主流量不受控，生产负荷在较大范围内波动的不足。2、在单闭环比值控制系统的基础上，增设了主流量控制回路，克服了主流量干扰的影响。3、实现精确的流量比值关系（动态比值），确保两物料总量基本不变。4、提降负荷比较方便，只需缓慢主流量控制器的给定，就可以提降主流量，副流量自动跟踪提降，并保持比值不变。存在问题：需要防止共振的产生。4） 变比值控制系统变比值控制系统 有的系统要求比值不是定值，而是在一定条件或随着某一个参数而变化的。 这种以第三参数为主参数（质量指标）和以主从动量之比为副参数

5、所组成的串级控制系统称为变比值控制系统。 含义：按照一定的工艺指标，自行修正比值系数的比值控制系统。 即：主动量与从动量的比值按照第三参数的需要而变化。 注意：第三参数必须可连续的测量变送，否则系统将无法实施。 举例：氧化炉温度对氨气空气串级比值控制系统氨气+空气生产硝酸氧化炉温度对氨气氧化炉温度对氨气/ /空气串级比值控制系统空气串级比值控制系统工作原理： 氨气+空气按照一定比值进入氧化炉，在铂触媒作用，840度温度下，放热反应产生硝酸和一氧化氮。 氨气浓度对温度又有影响，浓度每下降1%，温度下降64度。所以比值不是定值，要补偿温度的变化。 FCTC空气F1氨气F2混 合氧化炉 预热FTFT

6、空气/氨气温度氧化炉温度对氨气/空气串级比值控制系统方框图空气F1主控制器除法器氨气F2副控制器-控制阀主对象测量变送测量变送流量对象主测量变送三、 比值系数的计算比值控制通过比值器比值实现。比值器: 输入、输出为电量，系统的实际被控参数要通过测量变送转变为电量。 比值器设置的是测量值的比值。F2变送器F1变送器控制器FC控制阀对象比值器F1:主动量F2:从动量例如：流量单闭环比值控制系统要求：K = 流量F2/流量F1比值器比值设置值 KK = F2流量测量值 / F1流量测量值F2变送器F1变送器控制器FC控制阀对象比值器K1.仪表比值系数 K与比值 K 是两个不同的概念，不能混淆。K 比

7、值控制系统实际参数的比值;K 为仪表的测量信号比值，称为仪表的比值系数;控制系统比值器计算设置的是仪表的比值系数。2.仪表比值系数 K大小与比值 K 和测量变送器的特性、量程有关。 K的计算: 存在两种情况： 1)当用与被测量是线性关系的仪表测量时 2)当用与被测量是非线性关系的仪表测量时 (实际被控量比值测量值比值显示值比值) K K K显3.当主、从动量与测量值成线性 设主、从动量测量仪表量程为Q1MAX 和 Q2MAX。 若测量信号输出都为 020mA, 仪表比值系数 K： 仪表比值系数：2max1max1max12max2122max221max11QQ/QQ20/QQ20QQ20QQ

8、20KKKIIKII显；IQ200Qmax0I1Q10%100%当测量信号为420mA时，有：max2max1max11max221212max222max111161644:416416QQKKQQQQIIKIIKQQIQQI显显则显示比值测量信号比值：IQ204Qmax0I1Q10%100%4. 测量信号与被测量之间成平方关系时：222显2max12max2显2max112max22212222max22max22max2max2max1maxQQ仪表显示比值：164164416；1644204流量：例如：用压差表来测量KKQQKQIQIQQKQQIQIQQQIpppCQK 为实际仪表的比

9、值系数，比值器设置值。小结：1）仪表比值系数 K一般不等于比值 K；2）当用与被测量线性关系且从0输出仪表测量时；3）当用与被测量有平方关系的仪表测量时；KKKK,QQQQ2max1max2max1max有时。仅当2222max1maxQQ KK显(实际被控量比值仪表测量值比值显示值比值) K K K显四、比值控制系统的设计a、在生产中起主导作用的物料或关键物料选为主动量，其余的物料以它为基准，为从动量；b、供应不足或较为昂贵的物料选为主动量，供应充足的物料作为从动量；c、在可能的情况下，选择流量较小的物料量为从动量，可使调节阀选的口径小一些，控制较为灵活；e、当生产工艺有特殊要求时，主、从动

10、量的选择服从工艺需要；f、从生产安全角度考虑，确定主、从动量。1、主动量、从动量的选择2、控制方案的选择a、系统工艺上要求两种物料流量的比值一定，系统负荷变化不大，而对总流量变化无要求，可选择单闭环比值控制；b、若生产工程中，主、从流量的扰动频繁，负荷变化较大，同时要保证主、从物料流量恒定，可选择双闭环比值控制；c、当生产过程要求两种物料流量的比值能灵活地随第三个参数的需要进行调节时，则选择变比值控制。3、调节器控制规律的选择a、对于单闭环比值控制系统，比值器仅接收主动量的测量信号，仅仅起比值计算作用，故选比例控制P；调节器实现比值作用和使从动量相对稳定，应选择PI控制规律。b、对于双闭环比值

11、控制系统，两物料流量不仅要保持恒定的比值，而且主动量要实现定值控制，其输出为从动量的设定值也是定值。所以，两个调节器均选择为PI控制规律。c、变比值控制系统，从结构上看它为串级控制系统，具有串级控制系统的一些特点，主调节器选择PI或PID控制规律，比值调节器选用P控制规律。4、调节器参数的整定1）根据计算的比值系数K在满足工艺生产流量比的情况下，将比值控制系统投入运行。2）将积分时间常数置于最大，由大到小改变调节器的比例度，使系统响应迅速，并处于振荡与不振荡的临界过程。3）若有积分作用，则适当的加大比例度，投入积分作用，并减小积分时间，直到系统出现振荡与不振荡的临界过程。1、开环比值控制系统、

12、开环比值控制系统已知：开环比值控制系统的的数学模型如下，要求以4倍比值实现控制3.4.12、单闭环比值控制系统、单闭环比值控制系统已知：单闭环比值控制系统的的数学模型如下: 根据单闭环控制系统要求，我们选择PI控制，从动量通过临界比例度法整定并修正Kp=0.82，Ki=0.05，因此，建立如下Simulink框图：主从动量均无噪声干扰框图从动量加单位阶跃扰动时的框图主从动量不同时刻加单位阶跃干扰框图3、双闭环比值控制系统假设双闭环比值系统其主动量数学模型和从动量数学模型分别如下： 根据双闭环控制系统要求，我们选择PI控制，主从动量通过临界比例度法整定并修正，主从动量Kp=0.82，Ki=0.05，因此，建立如下Simulink框图：未加干扰时的系统曲线 主动量在2000s以后加单位阶跃扰动，从动量在1000s以后加单位阶跃扰动，下面我们观察所得到的曲线图 综上分析，双闭环比值控制系统在控制过程中，若主动量受到干扰发生波动，则主动量回路对其进行定值控制，使主动量始终稳定在给定值附近，同时从动量控制回路也会随主动量的波动进行调整；当从动量受到扰动发生波动时，从动量控制回路对其进行定值控制，