比值控制系統(tǒng)

1、 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng) 一、比值控制系統(tǒng)概述 在工業(yè)控制現(xiàn)場，有的系統(tǒng)要求兩種或幾種原料按一定比例進料。 例如： 1、氨合成生產(chǎn)過程：3H2+1N2=2NH3 要求H2和N2完全按照3：1進料。 2、造紙過程中，對紙漿濃度有要求，進料濃紙漿和水的進料就要滿足一定比例。 如果有三個進料，對三個進料之間需要滿足一定比例關(guān)系。比值控制系統(tǒng): : 實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定的比例關(guān)系的控制系統(tǒng)。 氨合成爐：物料A與物料B比值為K兩個或兩個以上參數(shù)分為主動量和從動量。主動量：主動量：需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，處于主導(dǎo)地位物料控制量，稱之為主動量。從動量：從動量：按主物量進行配比變化的物料，在

2、控制過程中隨主物料而變化，稱之為從動量。主動量:物料B從動量:物料A，跟隨物料B的流量而變化 比值控制系統(tǒng)就是要實現(xiàn)從動量與主動量成一定的比值關(guān)系: K = F2為從動量A ， F1為主動量BF2F1二、比值控制系統(tǒng)的類型1) 開環(huán)比值控制系統(tǒng)2) 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)3) 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)4) 變比值控制系統(tǒng)1） 開環(huán)比值控制系統(tǒng)F2隨著F1的變化，F(xiàn)2將跟著變化，滿足F2=KF1的要求。原理圖方框圖KF1F2比值比值器K對象控制閥變送器F1干擾 開環(huán)比值控制系統(tǒng)是最簡單的比值控制系統(tǒng)， 同時也是一個開環(huán)控制系統(tǒng)。 特點：由于系統(tǒng)是開環(huán)的，對從動量F2有干擾無法克服，無法保持比值關(guān)系。 適用

3、場合：適用于從動量較平穩(wěn)且比值關(guān)系要求不高的場合，實際生產(chǎn)上很少用。2） 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值系統(tǒng)存在的不足，在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一個從動量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 即實現(xiàn)從動量跟隨主動量變化而變化，又可克服從動量本身干擾對比值的影響。FCF1F2KF2變送器F1變送器控制器FC控制閥對象K干擾SpSp3） 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為保證主動量穩(wěn)定在給定值，使得總量穩(wěn)定。 結(jié)構(gòu)上，在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一個主動量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 即實現(xiàn)從動量跟隨主動量變化而變化，又克服干擾，保證輸出總量穩(wěn)定。SpF2KF1CF2CF1F1變送

4、器控制器控制閥主對象KF2變送器控制器控制閥從對象-F1CF2CSp1、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主流量不受控，生產(chǎn)負荷在較大范圍內(nèi)波動的不足。2、在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了主流量控制回路，克服了主流量干擾的影響。3、實現(xiàn)精確的流量比值關(guān)系（動態(tài)比值），確保兩物料總量基本不變。4、提降負荷比較方便，只需緩慢主流量控制器的給定，就可以提降主流量，副流量自動跟蹤提降，并保持比值不變。存在問題：需要防止共振的產(chǎn)生。4） 變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng) 有的系統(tǒng)要求比值不是定值，而是在一定條件或隨著某一個參數(shù)而變化的。 這種以第三參數(shù)為主參數(shù)（質(zhì)量指標(biāo)）和以主從動量之比為副參數(shù)

5、所組成的串級控制系統(tǒng)稱為變比值控制系統(tǒng)。 含義：按照一定的工藝指標(biāo)，自行修正比值系數(shù)的比值控制系統(tǒng)。 即：主動量與從動量的比值按照第三參數(shù)的需要而變化。 注意：第三參數(shù)必須可連續(xù)的測量變送，否則系統(tǒng)將無法實施。 舉例：氧化爐溫度對氨氣空氣串級比值控制系統(tǒng)氨氣+空氣生產(chǎn)硝酸氧化爐溫度對氨氣氧化爐溫度對氨氣/ /空氣串級比值控制系統(tǒng)空氣串級比值控制系統(tǒng)工作原理： 氨氣+空氣按照一定比值進入氧化爐，在鉑觸媒作用，840度溫度下，放熱反應(yīng)產(chǎn)生硝酸和一氧化氮。 氨氣濃度對溫度又有影響，濃度每下降1%，溫度下降64度。所以比值不是定值，要補償溫度的變化。 FCTC空氣F1氨氣F2混 合氧化爐 預(yù)熱FTFT

6、空氣/氨氣溫度氧化爐溫度對氨氣/空氣串級比值控制系統(tǒng)方框圖空氣F1主控制器除法器氨氣F2副控制器-控制閥主對象測量變送測量變送流量對象主測量變送三、 比值系數(shù)的計算比值控制通過比值器比值實現(xiàn)。比值器: 輸入、輸出為電量，系統(tǒng)的實際被控參數(shù)要通過測量變送轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏俊?比值器設(shè)置的是測量值的比值。F2變送器F1變送器控制器FC控制閥對象比值器F1:主動量F2:從動量例如：流量單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)要求：K = 流量F2/流量F1比值器比值設(shè)置值 KK = F2流量測量值 / F1流量測量值F2變送器F1變送器控制器FC控制閥對象比值器K1.儀表比值系數(shù) K與比值 K 是兩個不同的概念，不能混淆。K 比

7、值控制系統(tǒng)實際參數(shù)的比值;K 為儀表的測量信號比值，稱為儀表的比值系數(shù);控制系統(tǒng)比值器計算設(shè)置的是儀表的比值系數(shù)。2.儀表比值系數(shù) K大小與比值 K 和測量變送器的特性、量程有關(guān)。 K的計算: 存在兩種情況： 1)當(dāng)用與被測量是線性關(guān)系的儀表測量時 2)當(dāng)用與被測量是非線性關(guān)系的儀表測量時 (實際被控量比值測量值比值顯示值比值) K K K顯3.當(dāng)主、從動量與測量值成線性 設(shè)主、從動量測量儀表量程為Q1MAX 和 Q2MAX。 若測量信號輸出都為 020mA, 儀表比值系數(shù) K： 儀表比值系數(shù)：2max1max1max12max2122max221max11QQ/QQ20/QQ20QQ20QQ

8、20KKKIIKII顯；IQ200Qmax0I1Q10%100%當(dāng)測量信號為420mA時，有：max2max1max11max221212max222max111161644:416416QQKKQQQQIIKIIKQQIQQI顯顯則顯示比值測量信號比值：IQ204Qmax0I1Q10%100%4. 測量信號與被測量之間成平方關(guān)系時：222顯2max12max2顯2max112max22212222max22max22max2max2max1maxQQ儀表顯示比值：164164416；1644204流量：例如：用壓差表來測量KKQQKQIQIQQKQQIQIQQQIpppCQK 為實際儀表的比

9、值系數(shù)，比值器設(shè)置值。小結(jié)：1）儀表比值系數(shù) K一般不等于比值 K；2）當(dāng)用與被測量線性關(guān)系且從0輸出儀表測量時；3）當(dāng)用與被測量有平方關(guān)系的儀表測量時；KKKK,QQQQ2max1max2max1max有時。僅當(dāng)2222max1maxQQ KK顯(實際被控量比值儀表測量值比值顯示值比值) K K K顯四、比值控制系統(tǒng)的設(shè)計a、在生產(chǎn)中起主導(dǎo)作用的物料或關(guān)鍵物料選為主動量，其余的物料以它為基準(zhǔn)，為從動量；b、供應(yīng)不足或較為昂貴的物料選為主動量，供應(yīng)充足的物料作為從動量；c、在可能的情況下，選擇流量較小的物料量為從動量，可使調(diào)節(jié)閥選的口徑小一些，控制較為靈活；e、當(dāng)生產(chǎn)工藝有特殊要求時，主、從動

10、量的選擇服從工藝需要；f、從生產(chǎn)安全角度考慮，確定主、從動量。1、主動量、從動量的選擇2、控制方案的選擇a、系統(tǒng)工藝上要求兩種物料流量的比值一定，系統(tǒng)負荷變化不大，而對總流量變化無要求，可選擇單閉環(huán)比值控制；b、若生產(chǎn)工程中，主、從流量的擾動頻繁，負荷變化較大，同時要保證主、從物料流量恒定，可選擇雙閉環(huán)比值控制；c、當(dāng)生產(chǎn)過程要求兩種物料流量的比值能靈活地隨第三個參數(shù)的需要進行調(diào)節(jié)時，則選擇變比值控制。3、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇a、對于單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，比值器僅接收主動量的測量信號，僅僅起比值計算作用，故選比例控制P；調(diào)節(jié)器實現(xiàn)比值作用和使從動量相對穩(wěn)定，應(yīng)選擇PI控制規(guī)律。b、對于雙閉環(huán)比值

11、控制系統(tǒng)，兩物料流量不僅要保持恒定的比值，而且主動量要實現(xiàn)定值控制，其輸出為從動量的設(shè)定值也是定值。所以，兩個調(diào)節(jié)器均選擇為PI控制規(guī)律。c、變比值控制系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)上看它為串級控制系統(tǒng)，具有串級控制系統(tǒng)的一些特點，主調(diào)節(jié)器選擇PI或PID控制規(guī)律，比值調(diào)節(jié)器選用P控制規(guī)律。4、調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定1）根據(jù)計算的比值系數(shù)K在滿足工藝生產(chǎn)流量比的情況下，將比值控制系統(tǒng)投入運行。2）將積分時間常數(shù)置于最大，由大到小改變調(diào)節(jié)器的比例度，使系統(tǒng)響應(yīng)迅速，并處于振蕩與不振蕩的臨界過程。3）若有積分作用，則適當(dāng)?shù)募哟蟊壤龋度敕e分作用，并減小積分時間，直到系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩與不振蕩的臨界過程。1、開環(huán)比值控制系統(tǒng)、

12、開環(huán)比值控制系統(tǒng)已知：開環(huán)比值控制系統(tǒng)的的數(shù)學(xué)模型如下，要求以4倍比值實現(xiàn)控制3.4.12、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)已知：單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的的數(shù)學(xué)模型如下: 根據(jù)單閉環(huán)控制系統(tǒng)要求，我們選擇PI控制，從動量通過臨界比例度法整定并修正Kp=0.82，Ki=0.05，因此，建立如下Simulink框圖：主從動量均無噪聲干擾框圖從動量加單位階躍擾動時的框圖主從動量不同時刻加單位階躍干擾框圖3、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)假設(shè)雙閉環(huán)比值系統(tǒng)其主動量數(shù)學(xué)模型和從動量數(shù)學(xué)模型分別如下： 根據(jù)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)要求，我們選擇PI控制，主從動量通過臨界比例度法整定并修正，主從動量Kp=0.82，Ki=0.05，因此，建立如下Simulink框圖：未加干擾時的系統(tǒng)曲線 主動量在2000s以后加單位階躍擾動，從動量在1000s以后加單位階躍擾動，下面我們觀察所得到的曲線圖 綜上分析，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在控制過程中，若主動量受到干擾發(fā)生波動，則主動量回路對其進行定值控制，使主動量始終穩(wěn)定在給定值附近，同時從動量控制回路也會隨主動量的波動進行調(diào)整；當(dāng)從動量受到擾動發(fā)生波動時，從動量控制回路對其進行定值控制，