前饋控制比值

前饋控制比值第1頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一問(wèn)題1、如果加熱蒸汽壓力波動(dòng)導(dǎo)致單回路控制效果不理想，怎么辦？2、如果工藝介質(zhì)流量波動(dòng)導(dǎo)致控制效果不理想，怎么辦？第2頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一換熱器的反饋控制假設(shè)主要干擾為RF，T1第3頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單回路控制的仿真第4頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一換熱器的前饋控制方案第5頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋控制的思想D1，……，Dn為可測(cè)擾動(dòng)；u，y分別為被控對(duì)象的操作變量與受控變量。前饋思想：在擾動(dòng)還未影響輸出以前，直接改變操作變量，以使輸出不受或少受外部擾動(dòng)的影響。前饋控制是基于不變性原理工作的，比反饋控制及時(shí)、有效不變性：干擾不為0時(shí)，被控變量的變化始終為0第6頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不變性1絕對(duì)不變性：在擾動(dòng)作用下，被控變量在整個(gè)過(guò)渡過(guò)程始終保持不變，即控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)偏差均為0。2誤差不變性：在擾動(dòng)作用下，被控變量的波動(dòng)小于一很小的值。工程上有現(xiàn)實(shí)意義。3穩(wěn)態(tài)不變性：在擾動(dòng)作用下，穩(wěn)態(tài)時(shí)被控變量的偏差為0。如靜態(tài)前饋。與誤差不變性相結(jié)合，既能消除靜態(tài)偏差，又能滿(mǎn)足工藝上對(duì)動(dòng)態(tài)偏差的要求。4選擇不變性：對(duì)若干個(gè)干擾選擇其中幾個(gè)主要干擾實(shí)現(xiàn)不變性補(bǔ)償。第7頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一絕對(duì)不變性：在擾動(dòng)作用下，被控變量在整個(gè)過(guò)渡過(guò)程始終保持不變，即控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)偏差均為0NΔN

yy2(t)y1(t)tt不變性第8頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一誤差不變性（ε不變性）：在擾動(dòng)作用下，被控變量的波動(dòng)小于一很小的值。工程上有現(xiàn)實(shí)意義。不變性y1(t)y2(t)系統(tǒng)輸出y(t)ε第9頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一穩(wěn)態(tài)不變性：在擾動(dòng)作用下，穩(wěn)態(tài)時(shí)被控變量的偏差為0。如靜態(tài)前饋。與誤差不變性相結(jié)合，既能消除靜態(tài)偏差，又能滿(mǎn)足工藝上對(duì)動(dòng)態(tài)偏差的要求。不變性y1(t)y2(t)系統(tǒng)輸出y(t)第10頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一線(xiàn)性前饋控制方塊圖控制目標(biāo)：開(kāi)環(huán)

滿(mǎn)足輸出絕對(duì)不變性的前饋控制器是由系統(tǒng)對(duì)象的擾動(dòng)通道特性和控制通道特性決定。當(dāng)對(duì)象通道特性比較復(fù)雜時(shí),前饋控制器復(fù)雜,難以實(shí)現(xiàn)。所以滿(mǎn)足絕對(duì)不變性的前饋控制器實(shí)現(xiàn)條件比較復(fù)雜。滿(mǎn)足穩(wěn)態(tài)不變性前饋控制器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且穩(wěn)態(tài)誤差為0。靜態(tài)前饋控制第11頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋控制1.前饋控制是基于不變性原理工作的，比反饋控制及時(shí)、有效前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償過(guò)程前饋控制是根據(jù)干擾的變化產(chǎn)生控制作用的。

反饋控制與前饋控制的檢測(cè)信號(hào)與控制信號(hào)有不同的特點(diǎn)：第12頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋控制

反饋控制的依據(jù)是被控變量與給定值的偏差，檢測(cè)的信號(hào)是被控變量，控制作用發(fā)生時(shí)間是在偏差出現(xiàn)以后。前饋控制的依據(jù)是干擾的變化，檢測(cè)的信號(hào)是干擾量的大小，控制作用的發(fā)生時(shí)間是在干擾作用的瞬間而不需等到偏差出現(xiàn)之后。第13頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋控制2.前饋控制是屬于“開(kāi)環(huán)”控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，而前饋控制是一個(gè)“開(kāi)環(huán)”控制系統(tǒng)。

反饋控制由于是閉環(huán)系統(tǒng)，控制結(jié)果能夠通過(guò)反饋獲得檢驗(yàn)，而前饋控制其控制效果并不通過(guò)反饋來(lái)加以檢驗(yàn)。要想綜合一個(gè)合適的前饋控制作用，必須對(duì)被控對(duì)象的特性作深入的研究和徹底的了解。第14頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋控制3.前饋控制使用的是視對(duì)象特性而定的“專(zhuān)用”控制器

一般的反饋控制系統(tǒng)均采用通用類(lèi)型的PID控制器，而前饋控制要采用專(zhuān)用前饋控制器。前饋控制器的控制規(guī)律取決于干擾通道的特性與控制通道的特性。對(duì)于不同的對(duì)象特性，就應(yīng)該設(shè)計(jì)具有不同控制規(guī)律的控制器。4.一種前饋?zhàn)饔弥荒芸朔环N干擾反饋控制只用一個(gè)控制回路就可克服多個(gè)干擾。

第15頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一根據(jù)框圖，有：則根據(jù)絕對(duì)不變性原理：Wff(S)Wf(S)Wo(S)++Y1(s)Y2(s)N(s)Y(s)第16頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一滿(mǎn)足輸出絕對(duì)不變性前饋控制器：滿(mǎn)足輸出絕對(duì)不變性的前饋控制器是由系統(tǒng)對(duì)象的擾動(dòng)通道特性和控制通道特性決定。第17頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

前饋控制器有兩種形式：靜態(tài)、動(dòng)態(tài)1、靜態(tài)前饋控制器滿(mǎn)足穩(wěn)態(tài)不變性，取t->∞(即s->0)的值。即只取其通道增益。有：靜態(tài)前饋控制器是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。擾動(dòng)N

擾動(dòng)輸出調(diào)節(jié)輸出系統(tǒng)輸出t->∞第18頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

Wff(s)

Wo(s)

Wf(s)N擾動(dòng)N

動(dòng)態(tài)前饋要補(bǔ)償?shù)拿娣e動(dòng)態(tài)過(guò)程產(chǎn)生的偏差擾動(dòng)輸出前饋補(bǔ)償系統(tǒng)輸出2、動(dòng)態(tài)前饋控制器動(dòng)態(tài)前饋Wff(s)滿(mǎn)足絕對(duì)不變性：靜態(tài)前饋控制第19頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一常見(jiàn)擾動(dòng)通道和控制通道特性為帶純滯后一階慣性環(huán)節(jié)。第20頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一動(dòng)態(tài)前饋控制的可實(shí)現(xiàn)性可實(shí)現(xiàn)條件：（1）QFF(s)階次≤PFF(s)階次； （2）不滿(mǎn)足條件時(shí)怎么辦？動(dòng)態(tài)前饋為純遲延,可實(shí)現(xiàn)；第21頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一可實(shí)現(xiàn)條件：（1）QFF(s)階次≤PFF(s)階次； （2）動(dòng)態(tài)前饋控制的可實(shí)現(xiàn)性若條件（2）不滿(mǎn)足，若條件（1）不滿(mǎn)足，可令TDM=0。而一般GYD(s)與GYC(s)均用一階+純滯后近似。因而，工業(yè)系統(tǒng)中常用的動(dòng)態(tài)前饋控制器為由此可得：在選擇控制通道時(shí)應(yīng)選擇純遲延短的通道。動(dòng)態(tài)前饋為純提前（Q、P抵消時(shí)）,不可實(shí)現(xiàn)?？扇藶榱畹?2頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一舉例：換熱器的前饋控制穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：T1=20℃，RF=10T/hr，RV=2T/hr，Kv=800，T2=180℃。假設(shè)：T2溫度測(cè)量變送的量程為100-300℃，RV和RF的量程分別為0~5T/hr和0~25T/hr。第23頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一換熱器的線(xiàn)性前饋控制第24頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一換熱器的線(xiàn)性前饋控制（續(xù)）采用階躍響應(yīng)方法測(cè)試各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模型：第25頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一線(xiàn)性前饋控制的仿真有余差第26頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一非線(xiàn)性穩(wěn)態(tài)前饋控制穩(wěn)態(tài)平衡關(guān)系：蒸汽汽化潛熱物料比熱容靜態(tài)前饋控制P68熱交換器是應(yīng)用前饋控制較多的場(chǎng)合，換熱器有滯后大、時(shí)間常數(shù)大、反應(yīng)慢的特性，前饋控制就是針對(duì)這種對(duì)象特性設(shè)計(jì)的，故能很好發(fā)揮作用。第27頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一非線(xiàn)性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償對(duì)于線(xiàn)性系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)前饋控制器可表示成靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩部分：對(duì)于非線(xiàn)性系統(tǒng)，上式中靜態(tài)前饋部分可由對(duì)象的非線(xiàn)性靜態(tài)模型計(jì)算得到，而動(dòng)態(tài)部分同樣可按線(xiàn)性對(duì)象處理。對(duì)于線(xiàn)性系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法為gYD(s)、gYC(s)分別表示通道特性的動(dòng)態(tài)部分，其穩(wěn)態(tài)增益均為1動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償?shù)囊话阈问綖榈?8頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)前饋控制器動(dòng)態(tài)前饋控制器P69（g1(s)、g2(s)、g3(s)分別表示RVsp、T1、RF對(duì)系統(tǒng)輸出T2的通道特性的動(dòng)態(tài)部分。）可在靜態(tài)前饋控制的基礎(chǔ)上，加上延遲環(huán)節(jié)或微分環(huán)節(jié)，以達(dá)到干擾作用的近似補(bǔ)償。第29頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋控制與反饋控制的比較

前饋控制

反饋控制擾動(dòng)可測(cè)，但不要求被控量可測(cè)被控量直接可測(cè)超前調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出的不變性（但存在可實(shí)現(xiàn)問(wèn)題）按偏差控制，存在偏差才能調(diào)節(jié)（滯后調(diào)節(jié)）開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)，無(wú)穩(wěn)定性問(wèn)題閉環(huán)調(diào)節(jié)，存在穩(wěn)定性問(wèn)題系統(tǒng)僅能感受有限個(gè)可測(cè)擾動(dòng)系統(tǒng)可感受所有影響輸出的擾動(dòng)對(duì)于干擾與控制通道的動(dòng)態(tài)模型，要求已知而且準(zhǔn)確對(duì)通道模型要求弱，大多數(shù)情況無(wú)需對(duì)象模型對(duì)時(shí)變與非線(xiàn)性對(duì)象的適應(yīng)性弱對(duì)時(shí)變與非線(xiàn)性對(duì)象的適應(yīng)性與魯棒性強(qiáng)專(zhuān)用控制器通用PID第30頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋加反饋控制第31頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一反饋控制的優(yōu)點(diǎn)：任何擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響均可消除；系統(tǒng)準(zhǔn)確性高。反饋控制的缺點(diǎn)：有偏差才控制;不能事先規(guī)定調(diào)節(jié)器的輸出。將前饋、反饋控制結(jié)合可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，揚(yáng)長(zhǎng)避短第32頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋、反饋控制分別在系統(tǒng)中作用：前饋控制克服反饋控制不易克服的主要干擾，而對(duì)其它干擾則進(jìn)行反饋控制。前饋-反饋控制方框圖Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-Y1

SpNY+Y2TC(S)Wff對(duì)象

Mff

ΣFSTCSpNY第33頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一干擾N對(duì)被控變量Y的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-Y1

SpNY+Y2TC(S)第34頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一應(yīng)用絕對(duì)不變性條件：可推導(dǎo)出前饋控制器的傳遞函數(shù)：可見(jiàn):前饋-反饋控制(FFC-FBC)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)臈l件與前饋控制(FFC)相同。第35頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋—反饋控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：

（1）由于增加了反饋回路，只需對(duì)主要的干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償，其它干擾可由反饋控制予以校正，大大簡(jiǎn)化了原有前饋控制系統(tǒng)；

（2）反饋回路的存在，降低了前饋控制模型的精度要求；（3）負(fù)荷變化時(shí)，模型特性也要變化，可由反饋控制加以補(bǔ)償，因此系統(tǒng)具有一定自適應(yīng)能力。

第36頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋反饋控制方案(換熱器)第37頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋＋反饋控制的仿真第38頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一SpWffNMffY1

Y2

Σ

TCFCFS前饋-串級(jí)控制方框圖Wff(S)Wf(S)Wo1(S)+-SpNYTC(S)+Wo2(S)FC(S)-前饋-串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)利用串級(jí)控制副回路的特性，降低對(duì)執(zhí)行器要求：第39頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一同樣，可根據(jù)不變性條件推導(dǎo)Wff的傳遞函數(shù)式中，W’o2為副回路等效對(duì)象的傳遞函數(shù)：Wff(S)Wf(S)Wo1(S)+-SpNYTC(S)+Wo2(S)FC(S)-第40頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路是一個(gè)很好的隨動(dòng)系統(tǒng)，可把副回路近似處理為：應(yīng)用不變性條件：可推導(dǎo)出前饋控制器的傳遞函數(shù)：

可見(jiàn)，無(wú)論哪種形式的前饋控制系統(tǒng)，其前饋控制器的傳遞函數(shù)均可表示為對(duì)象的干擾通道與控制通道的特性之比，并前面加以“負(fù)”號(hào)。第41頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用原則

前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用原則：（1）對(duì)象的滯后或純滯后（控制通道）較大，反饋控制難以滿(mǎn)足工藝要求，可以采用前饋控制把主要干擾引入前饋控制，構(gòu)成前饋-反饋控制系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)中存在著可測(cè)、不可控、變化頻繁、幅值大且對(duì)被控變量影響顯著的干擾，可采用前饋控制大大提高控制品質(zhì)。

（3）在決定選用前饋控制方案后，當(dāng)靜態(tài)前饋能滿(mǎn)足工藝要求時(shí)，不必選用動(dòng)態(tài)前饋。第42頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定1)Kff的整定（靜態(tài)）2)T1、T2的整定一般對(duì)象的純遲延并不明顯，因此動(dòng)態(tài)前饋常采用:第43頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1）Kff的整定重要性：如果Kff過(guò)小，補(bǔ)償不足。如果Kff過(guò)大，則相當(dāng)對(duì)反饋控制回路施加了干擾，將會(huì)輸出錯(cuò)誤的靜態(tài)前饋輸出。Kff的整定方法：

（1）開(kāi)環(huán)整定方法：開(kāi)環(huán)整定是在反饋回路斷開(kāi)，使系統(tǒng)處于單純靜態(tài)前饋狀態(tài)下，施加干擾，Kff

由小逐步增大，直到被控變量回到給定值，此時(shí)Kff

為最佳值。

Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-NTC(S)+K第44頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）閉環(huán)整定方法：Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-NTC(S)+K在FFC-FBC運(yùn)行下整定方法：開(kāi)關(guān)K打開(kāi)，在只有反饋時(shí)，整定反饋控制器的參數(shù)；

第45頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一開(kāi)關(guān)K閉合，使系統(tǒng)處于前饋—反饋狀態(tài)，施加同樣的干擾作用，由小而大逐漸改變Kff值。系統(tǒng)輸出為以下幾種情況:Kff=0無(wú)前饋Kff適當(dāng)補(bǔ)償合適Kff太小欠補(bǔ)償Kff過(guò)大過(guò)補(bǔ)償欠補(bǔ)償,增大Kff,施加同樣干擾,看輸出過(guò)補(bǔ)償,減小Kff,施加同樣干擾,看輸出第46頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2）T1、T2的整定

看過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)，調(diào)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)法：1.欠補(bǔ)償曲線(xiàn)：第一個(gè)峰值沒(méi)有大的減小。當(dāng)T1過(guò)小或T2過(guò)大時(shí)，如圖(a)。2.過(guò)補(bǔ)償曲線(xiàn)：出現(xiàn)反向的過(guò)調(diào)輸出。當(dāng)T1過(guò)大或T2過(guò)小時(shí)，如圖(b)。3.補(bǔ)償合適曲線(xiàn)：第一個(gè)峰值明顯減小，也未出現(xiàn)反向過(guò)調(diào)輸出當(dāng)T1、T2分別接近或等于對(duì)象控制通道和干擾通道時(shí)間常數(shù)時(shí)，如圖(c)。yt(a)欠補(bǔ)償ty(b)過(guò)補(bǔ)償yt(c)補(bǔ)償合適動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償器T1和T2的整定第47頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

特別說(shuō)明：

由于過(guò)補(bǔ)償往往是前饋控制系統(tǒng)危險(xiǎn)之源，它會(huì)破壞控制過(guò)程，甚至達(dá)到不能允許的地步。相反，欠補(bǔ)償卻是尋求合理的前饋動(dòng)態(tài)參數(shù)的途徑。因此動(dòng)態(tài)參數(shù)的整定應(yīng)從欠補(bǔ)償開(kāi)始，逐漸強(qiáng)化前饋?zhàn)饔?，即增大T1

或減小T2，直至出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償?shù)内厔?shì)，再略減前饋?zhàn)饔?，便可獲滿(mǎn)意的控制過(guò)程。

欠補(bǔ)償曲線(xiàn)：增強(qiáng)前饋補(bǔ)償作用，T1↑或T2↓。

過(guò)補(bǔ)償曲線(xiàn)：減小前饋補(bǔ)償作用，T1↓或T2↑。直到出現(xiàn)補(bǔ)償合適曲線(xiàn)。第48頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制內(nèi)容比值控制問(wèn)題的由來(lái)；常用的比值控制方案與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；流量比值與比值器參數(shù)的關(guān)系；變比值控制。第49頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一溶液配制問(wèn)題問(wèn)題：假設(shè)NaoH用量QB和稀釋水量QA可測(cè)并且QA可調(diào)。如果QB變化，如何調(diào)整以使稀釋液NaoH的濃度為6~8%左右？解決方案：（1）出口濃度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值？）。第50頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一流量比值控制問(wèn)題要求：QA

/QB

=KAB（比值系數(shù)）而QB為主動(dòng)流量，QA為可控量，要求設(shè)計(jì)一控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)QA以實(shí)現(xiàn)上述比值控制目標(biāo)。主物料、主動(dòng)量（Q1

、主流量）從物料、從動(dòng)量（Q2、副流量）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(chēng)之為主動(dòng)量。按主物量進(jìn)行配比變化的物料，在控制過(guò)程中隨主物料而變化，稱(chēng)之為從動(dòng)量。第51頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)的類(lèi)型1)開(kāi)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)其它類(lèi)型的比值控制系統(tǒng)第52頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)的類(lèi)型1.開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)

開(kāi)環(huán)比值控制

開(kāi)環(huán)比值控制方塊圖KF1F2比值比值器K對(duì)象控制閥變送器F1干擾隨著F1的變化，F(xiàn)2將跟著變化，滿(mǎn)足F2=K×F1的要求。F2第53頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需一臺(tái)純比例控制器，其比例度可以根據(jù)比值要求來(lái)設(shè)定。主、副流量均開(kāi)環(huán)；這種比值控制方案對(duì)副流量Q2本身無(wú)抗干擾能力。所以這種系統(tǒng)只能適用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場(chǎng)合。

開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)第54頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)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(kāi)環(huán)比值控制方案的不足，在開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加一個(gè)副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)而組成的。

單閉環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖FCF1F2K單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)即實(shí)現(xiàn)從動(dòng)量跟隨主動(dòng)量變化而變化，又可克服從動(dòng)量本身干擾對(duì)比值的影響。第55頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

工作原理：

①

主流量Q1變化Q2跟隨Q1而變化比值K恒定（K=Q2/Q1）

②副流量Q2變化自身閉合回路進(jìn)行調(diào)整維持Q2恒定

單閉環(huán)比值控制第56頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)

它能實(shí)現(xiàn)副流量隨主流量的變化而變化，還可以克服副流量本身干擾對(duì)比值的影響。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施方便，尤其適用于主物料在工藝上不允許進(jìn)行控制的場(chǎng)合。雖然能保持兩物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的，當(dāng)主流量變化時(shí)，總的物料量就會(huì)跟著變化。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)第57頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一舉例：丁烯洗滌塔進(jìn)料與洗滌水比值控制從動(dòng)量：洗滌水；主動(dòng)量：含乙腈的丁烯餾分；實(shí)現(xiàn)洗滌水與含乙腈的丁烯餾分滿(mǎn)足比值K。KFC洗滌塔丁烯含乙腈的洗滌水洗滌水含乙腈的丁烯餾分FCSpF1F2KF1F2Sp第58頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一該系統(tǒng)存在的問(wèn)題：1.由于主流量沒(méi)有定值控制要求，所以物料總量不固定。對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)量沒(méi)有辦法保證。2.主流量回路的干擾也會(huì)影響物料總量。第59頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)3.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(dòng)量穩(wěn)定在給定值，使得總量穩(wěn)定。它是在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加了主流量控制回路而構(gòu)成的。

雙閉環(huán)比值控制雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖即實(shí)現(xiàn)從動(dòng)量跟隨主動(dòng)量變化而變化，又克服干擾，保證輸出總量穩(wěn)定。SpF2KF1CF2CF1第60頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

工作原理：①具有兩個(gè)閉合回路，可以克服各自的外界擾動(dòng)，使主、副流量度比較平穩(wěn)；

②兩流量之間的比值通過(guò)比值器實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)比值控制第61頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)了比較精確的流量比值，也確保了兩物料總量基本不變。提降負(fù)荷比較方便，只要緩慢地改變主流量控制器的給定值，就可以提降主流量，同時(shí)副流量也就自動(dòng)跟蹤提降，并保持兩者比值不變。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用的儀表較多，投資較大，系統(tǒng)調(diào)整較麻煩。主要適用于主流量干擾頻繁、工藝上不允許負(fù)荷有較大波動(dòng)或工藝上經(jīng)常需要提降負(fù)荷的場(chǎng)合。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)第62頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

以上三種方案的共同點(diǎn)：都以保持兩物料流量比值一定為目的，比值計(jì)算器的參數(shù)經(jīng)計(jì)算設(shè)置好后不再變動(dòng)，工藝要求的實(shí)際流量比值也固定不變。因此，統(tǒng)稱(chēng)為定比值控制系統(tǒng)。定比值控制系統(tǒng)

第63頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1）流量之間實(shí)現(xiàn)一定比例僅僅是保證產(chǎn)品質(zhì)量的一種手段，而定比值控制的各種方案只考慮如何來(lái)實(shí)現(xiàn)這種比值關(guān)系，沒(méi)有考慮成比例的兩種物料混合或反應(yīng)后最終質(zhì)量是否符合工藝要求。因此，從最終質(zhì)量看這種定比值方案，系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)的。2）由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的擾動(dòng)因素很多，當(dāng)系統(tǒng)中存在著除流量擾動(dòng)以外的其它擾動(dòng)（如溫度、壓力、成分以及反應(yīng)器中催化劑老化等的擾動(dòng)）時(shí)，原來(lái)設(shè)定的比值器參數(shù)就不能保證產(chǎn)品的最終質(zhì)量，需重新設(shè)置。定比值控制的缺點(diǎn)第64頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)4.變比值控制系統(tǒng)要求兩種物料的比值能靈活地隨第三變量的需要加以調(diào)整，這樣就出現(xiàn)一種變比值控制系統(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(dòng)量與從動(dòng)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(cè)量變送，否則系統(tǒng)將無(wú)法實(shí)施。第65頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)4.變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)變換爐:使半水煤氣在觸媒的作用下與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，把半水煤氣中的CO轉(zhuǎn)化成合成氨所需要的H2和易于洗滌吸收的CO2.變換爐生產(chǎn)過(guò)程中，半水煤氣與水蒸氣的量需保持一定比值，但比值要隨觸煤層的溫度變化而變化，才能在較大負(fù)荷變化下保持良好的控制質(zhì)量.變比值控制系統(tǒng)方塊圖實(shí)際比值作為流量控制器的測(cè)量值,而其給定值來(lái)自TC.調(diào)節(jié)蒸汽量（實(shí)際調(diào)整了比值）使T恒定第66頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一氨氣+空氣生產(chǎn)硝酸氧化爐溫度對(duì)氨氣/空氣串級(jí)比值控制系統(tǒng)工作原理：

氨氣+空氣按照一定比值進(jìn)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(duì)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(bǔ)償溫度的變化要求：T在一定范圍保持恒定

影響T的主要因素：氨和空氣的比值。÷

FCTC空氣F1氨氣F2混合氧化爐預(yù)熱FTFT空氣/氨氣溫度空氣F1主控制器除法器氨氣F2副控制器-控制閥主對(duì)象測(cè)量變送測(cè)量變送流量對(duì)象主測(cè)量變送氧化爐溫度對(duì)氨氣/空氣串級(jí)比值控制系統(tǒng)方框圖第67頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一穩(wěn)態(tài)時(shí)工作原理：主、副流量恒定，它們分別經(jīng)測(cè)量變送器、開(kāi)方運(yùn)算器后，送除法器相除，除法器的輸出表征了它們的比值，同時(shí)作為比值控制器的測(cè)量信號(hào)。這時(shí)表征最終質(zhì)量指標(biāo)的主參數(shù)y也恒定所以主控制器輸出信號(hào)穩(wěn)定，且和比值測(cè)量信號(hào)相等，比值控制器輸出也穩(wěn)定，控制閥開(kāi)度一定，產(chǎn)品質(zhì)量合格。變比值控制系統(tǒng)第68頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一擾動(dòng)下的工作原理：

①當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)除流量擾動(dòng)外的其它擾動(dòng)，引起主參數(shù)變化時(shí)，通過(guò)主反饋回路使主控制器輸出變化，修改兩流量的比值，以保持主參數(shù)穩(wěn)定。

②對(duì)于進(jìn)入系統(tǒng)的主流量Q1擾動(dòng)，由于比值控制回路的快速隨動(dòng)跟蹤，使副流量按照Q2=KQ1關(guān)系變化，以保持主參數(shù)穩(wěn)定，它起了靜態(tài)前饋?zhàn)饔?。變比值控制系統(tǒng)第69頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一擾動(dòng)下的工作原理：

③對(duì)于副流量本身的擾動(dòng)，同樣可以通過(guò)自身的控制回路克服，它相當(dāng)于串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路。

變比值控制系統(tǒng)第70頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變比值控制的實(shí)質(zhì)：變比值控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種靜態(tài)前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)。由于兩流量比值是由表征最終質(zhì)量的第三參數(shù)給出的，也有人把這種變比值控制系統(tǒng)稱(chēng)為第三參數(shù)給定的比值控制系統(tǒng)。變比值控制系統(tǒng)第71頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值系數(shù)的計(jì)算比值控制通過(guò)比值器比值實(shí)現(xiàn)。工藝上流量比值k(KAB)是兩流體的重量或體積流量之比；比值器:輸入、輸出為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（電量），系統(tǒng)的實(shí)際被控參數(shù)要通過(guò)測(cè)量變送轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。必須把工藝上的比值k(KAB)折算為儀表上的比值系數(shù)K，進(jìn)行比值設(shè)定。儀表比值系數(shù)K與流量的比值k(KAB)是兩個(gè)不同的概念，不能混淆。儀表比值系數(shù)K大小與比值k(KAB)和測(cè)量變送器的特性、量程有關(guān)。第72頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一儀表比值系數(shù)K的計(jì)算:

存在兩種情況：

1)當(dāng)用與被測(cè)量是線(xiàn)性關(guān)系的儀表測(cè)量時(shí)

2)當(dāng)用與被測(cè)量是非線(xiàn)性關(guān)系的儀表測(cè)量時(shí)

第73頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值器的設(shè)定

(線(xiàn)性對(duì)象)穩(wěn)態(tài)條件:IA=I0假設(shè)流量測(cè)量變送環(huán)節(jié)為線(xiàn)性對(duì)象。對(duì)DDZIII型儀表,比值器的輸入輸出關(guān)系為令：DDZ-Ⅲ型儀表:流量范圍：0→Qmax變送器輸出：4-20mA實(shí)際流量Q對(duì)應(yīng)的輸出電流I第74頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一穩(wěn)態(tài)條件:比值器的設(shè)定1（線(xiàn)性對(duì)象）第75頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

用差壓法測(cè)量流量，但未經(jīng)開(kāi)方器運(yùn)算處理時(shí)，流量與差壓信號(hào)成非線(xiàn)性關(guān)系。

例：DDZ-Ⅲ型儀表差壓范圍：0→Δpmax

變送器輸出：4-20mA實(shí)際流量Q對(duì)應(yīng)的輸出電流Ⅰ

：流量與測(cè)量信號(hào)呈非線(xiàn)性關(guān)系第76頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值器的設(shè)定2

(非線(xiàn)性對(duì)象)假設(shè)流量測(cè)量變送環(huán)節(jié)為非線(xiàn)性對(duì)象。對(duì)DDZIII型儀表,比值器的輸入輸出關(guān)系為第77頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一①流量與測(cè)量信號(hào)呈線(xiàn)性關(guān)系

②流量與測(cè)量信號(hào)呈非線(xiàn)性關(guān)系

K：比值系數(shù)（統(tǒng)一電信號(hào)）k：流量比值（重量或體積流量之比）比值控制系統(tǒng)的實(shí)施

第78頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一①乘法器方案

原理：Q2=KQ1，將Q1的測(cè)量值乘以比值K，作為Q2流量控制器的設(shè)定值。圖中

х（乘號(hào)）表示乘法器。它是單元組合儀表中的一個(gè)計(jì)算單元，能實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)信號(hào)相乘或?qū)σ粋€(gè)信號(hào)乘以一個(gè)常系數(shù)的運(yùn)算。比值控制系統(tǒng)的實(shí)施

*第79頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)的實(shí)施

①乘法器方案

設(shè)計(jì)任務(wù)：按照工藝要求的流量比值k來(lái)正確設(shè)置圖中儀表的比值系數(shù)K。

比值系數(shù)K的計(jì)算：差壓變送器后經(jīng)過(guò)開(kāi)方器運(yùn)算，按式計(jì)算K*第80頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一①乘法器方案

優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定，精度高，比值系數(shù)調(diào)整方便

缺點(diǎn)：可調(diào)范圍不寬，K=0~1

即：用乘法器構(gòu)成的比值控制系統(tǒng)，乘法器的比值系數(shù)總是小于或等于1比值控制系統(tǒng)的實(shí)施

第81頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②除法器方案

除法器也是單元組合儀表中的一個(gè)計(jì)算單元，由于它能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)相除的運(yùn)算，所以可用它來(lái)構(gòu)成比值控制系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)：直觀(guān)（除法器的輸出直接代表了兩個(gè)流量信號(hào)的比值），使用方便，可調(diào)范圍寬。比值控制系統(tǒng)的實(shí)施

第82頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②除法器方案缺點(diǎn)：

a.小負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)不易穩(wěn)定；

b.對(duì)象放大倍數(shù)隨負(fù)荷而變化原因：比值計(jì)算包括在控制回路中，對(duì)象的放大倍數(shù)在不同負(fù)荷下變化較大，負(fù)荷小時(shí)，系統(tǒng)不易穩(wěn)定。比值控制系統(tǒng)的實(shí)施

第83頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②除法器方案(缺點(diǎn))

分析：對(duì)象：輸入為Q2放大倍數(shù)：輸出為K

比值控制系統(tǒng)的實(shí)施

對(duì)象Q2K第84頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)的實(shí)施

②除法器方案(缺點(diǎn))

分析：當(dāng)流量與測(cè)量信號(hào)呈線(xiàn)性關(guān)系時(shí)，

第85頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)的實(shí)施

②除法器方案(缺點(diǎn))

由上式可知，負(fù)荷Q2越小，對(duì)象的放大倍數(shù)越大。如果控制器的比例度不放寬，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)變差。然而，如果用了很大的比例度，則在大負(fù)荷時(shí)，控制系統(tǒng)的響應(yīng)又會(huì)變慢。由于除法器是一個(gè)非線(xiàn)性環(huán)節(jié)，當(dāng)主、副流量有較大的變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的放大倍數(shù)也將發(fā)生變化，造成控制質(zhì)量惡化，從而必須重新調(diào)整控制器參數(shù)，故在使用上受到一定限制。在比值控制器中，應(yīng)盡量少用除法器，一般可用乘法器來(lái)替代。第86頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1）設(shè)計(jì)內(nèi)容

主、從動(dòng)量的確定；控制方案的選擇；控制器控制規(guī)律的確定；比值系數(shù)K的選取范圍比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、投運(yùn)與整定第87頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一主、從動(dòng)量的確定控制方案的選擇生產(chǎn)過(guò)程中主要物料的流量為主動(dòng)量，次要物料的流量為從動(dòng)量。兩物料中有一個(gè)物料的量為可測(cè)但不可控為主動(dòng)量，可控的物料為從動(dòng)量。如果兩種物料中一種供應(yīng)不成問(wèn)題，而另一種物料可能供應(yīng)不足，此時(shí)選供應(yīng)不足的物料為主動(dòng)量。根據(jù)各控制方案的特點(diǎn)及工藝的具體情況而確定。如負(fù)荷變化、擾動(dòng)性質(zhì)、控制要求等選擇。比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制器控制規(guī)律的選擇根據(jù)不同控制方案和控制要求而確定。一般單閉環(huán)比值控制，從動(dòng)回路控制器選PI；雙閉環(huán)比值控制，主、從動(dòng)回路控制器都選PI；第88頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一a、根椐工藝規(guī)定的要求比值k，計(jì)算實(shí)際組成的控制方案測(cè)量比值系數(shù)K。b、比值系數(shù)K不一定要精確設(shè)置，可在投運(yùn)中逐漸校正，直至工藝認(rèn)為合格為止。比值系數(shù)K的選取范圍：一般，比值系數(shù)K的選取范圍：采用相乘形式：K值既不能太小，也不能太大；采用相除形式：K值取0.5~0.8第89頁(yè)，共100頁(yè)，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)比值系統(tǒng)投運(yùn)方法與單回路控制系統(tǒng)投運(yùn)方法相同

了解工藝，吃透控制系統(tǒng)的設(shè)