比值控制系统
比值控制系统
一、基本概念：
比值控制系统（流量比值控制系统）：实现两个或两个以
上参数符合一定比例关系的控制系统。
主物料或主动量：在保持比例关系的两种物料中处于主导 地位的物料，称为主物料；表征主物料的参数，称为主动 量（主流量），用F1表示。 从物料或从动量：按照主物料进行配比，在控制过程中跟 随主物料变化而变化的物料，称为从物料；表征从物料特 性的参数，称为从动量（副流量），用F2表示。 有些场合，用不可控物料为主物料，用改变可控物料即从 物料来实现比值关系。 K= F2/ F1
2、单闭环比值控制
增加一个副流量闭环控制系统
2、单闭环比值控制
单闭环比值控制特点
不但能实现副流量跟随主流量的变化而变化，而且可以 克服副流量本身干扰对比值的影响，主副流量的比值较
为精确。
总物料量不固定，对于负荷变化幅度大，物料又直接去 化学反应器的场合是不适合的。 当主流量出现大幅度波动时，副流量给定值大幅度波动， 在调节的一段时间里，比值会偏离工艺要求的流量比， 不适用于要求严格动态比的场合。 适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合
原理：F1的测量值乘以某一系 数K’作为控制器FC的设定值， 可以用比值器，乘法器实现。
原理：两种流量的比值作为副流 量控制器的测量值，可以用除法 器实现。
用比值器组成的方案
比值器的作用是实现一 个输入信号乘上一个常 数的运算
K
比值器 I入
I出 控制器 控制阀 测量变送器2 测量变送器1 F1 流量对象
F I (20 4) 4 Fmax
I 2 I 20 从动流量的测量信号 I 2max I 20 K I1 I10 主动流量的测量信号 I1max I10
F2 F2 (20 4) 4 4 (20 4) Fmax I 2 4 F2max K F1 F1 I1 4 (20 4) 4 4 (20 4) F1max Fmax F1max F2 F1max K F1 F2max F2max
比值控制系统课后练习题
比值控制系统课后练习题一、填空题1. 比值控制系统是一种以保持__________的恒定为控制目标的控制系统。
2. 在比值控制系统中，常用的控制方案有__________、__________和__________。
3. 比值控制系统的关键参数是__________和__________。
4. 比值系数K的大小决定了__________和__________之间的关系。
5. 在串级比值控制系统中，主控制器通常控制__________，副控制器控制__________。
二、选择题A. 比值系数KB. 控制器的比例度C. 控制器的积分时间D. 控制器的微分时间A. 比值控制器B. 调节阀C. 检测元件D. 执行机构A. 单闭环比值控制B. 双闭环比值控制C. 串级比值控制D. 分散比值控制三、判断题1. 比值控制系统可以消除干扰对被控参数的影响。
（）2. 在比值控制系统中，比值系数K越大，系统的控制效果越好。
（）3. 串级比值控制系统适用于控制过程中干扰因素较多的情况。
（）4. 比值控制系统中的检测元件只需检测一个参数。
（）5. 比值控制系统的设计关键是确定合适的比值系数K和控制器的参数。
（）四、简答题1. 简述比值控制系统的基本原理。
2. 比值控制系统与常规控制系统有何区别？3. 在比值控制系统中，如何选择合适的控制方案？4. 简述比值系数K对控制系统的影响。
5. 如何提高比值控制系统的控制效果？五、计算题1. 已知某比值控制系统的比值系数K为1.5，主控制器输出为4mA，求副控制器输出。
2. 某比值控制系统，主控制器参数为比例度δ=50%，积分时间Ti=1min，微分时间Td=0.1min，求比值系数K。
3. 在一个双闭环比值控制系统中，已知主控制器输出为10mA，副控制器输出为8mA，求比值系数K。
六、案例分析题1. 某化工厂需要控制两种原料的流量比为1:2，采用单闭环比值控制系统。
当前系统运行不稳定，流量比波动较大。
第五章-比值控制系统
Q1
相当于改变空气量Ｑ２的给定值。所以，空气量就要跟随改变，从 而保持了比例关系。如果调节器 Gc 2 (s) 选用比例积分作用，则平衡 时
Gm 2 ( s) Q1 ( s) Q2 ( s) Gc1 ( s)Gm1 ( s)
式中；
Gm1 ( s)
－－为两个流量变送器的传递函数； Gm 2 ( s)
例如：合成炉的比值控制系统，如（图5－30）：
要求A、B两种物料的流 量保持一定比例，其中B 不可控，当它改变时， 由调节器控制调节阀，A、 B管路上都安装了节流元 件。DT为变送器，它将 两个压差变成两个电流， R为比值器，将压差控制 电流作为设定值送到调 节器，系统框图如下
QAC 是比例积分作用，通过调节A物料流量以保持 I I * A B
要求Ｑ１、Ｑ２流量比较恒定，因此，设计了双闭环比值控制系统。 其框图为：
X (s )
Gc1 ( s)
Gv1 (s)
G p1 (s)
Q1 ( s )
Gm1 ( s)
K
Y (s)
Gc 2 ( s)
Gv 2 ( s)
Gm 2 ( s)
（ 图5－25）
G p 2 ( s)
Q2 (s)
在生产恒定的情况下，主动量Ｑ１通过本身的闭合回路保持在给定 值ｘ（ｔ）上，同时，通过比值器Ｋ给出从流量回路的给定值ｙ （ｔ）。从流量根据给定值ｙ（ｔ）进行调节，以保持主流量、从 流量之间为一定比例。
由于采用了开方器,比值系数的计算需要稍加改动.
从压差变送器输出的信号仍为IA和IB, 经过开方器后得到
（5－28）
同样,IB’ 经过比值器后得到：
I
' B
' ( I B 4) 4
比值控制系统的工作原理
比值控制系统的工作原理
比值控制系统是一种基于偏差量和比例常数的控制系统。
其工作原理如下：
1. 比例控制：比值控制系统根据输入偏差量和比例常数，计算出输出信号。
比例控制的原理是通过将错误信号和一个固定的乘法因子相乘来产生输出信号。
这个因子就是比例常数，用于调整输出与输入之间的比例关系。
2. 反馈环路：比值控制系统通常采用反馈环路来实现。
它将输出信号与期望输出值进行比较，通过反馈回路将差异信号传递回控制器。
控制器根据差异信号调整输出信号，使其接近期望输出值。
这样，控制系统就能够实时地校正偏差，并不断调整输出信号以实现稳定的控制。
3. 闭环控制：比值控制系统通过闭环控制来实现。
它不仅考虑输入和输出之间的比例关系，还根据反馈信号对输出信号进行调整。
这种控制方式能够根据实际情况动态地调整输出信号，提高控制的准确性和稳定性。
总体而言，比值控制系统的工作原理是通过比例调节和反馈控制来实现对输出信号的调整和校正。
它能够实时地根据反馈信号对输出信号进行调整，达到期望的控制效果。
比值控制系统的种类
比值控制系统的种类
比值控制系统根据其结构和特性可以分为不同的种类。
以下是比值控制系统的一些常见种类：
1. 开环比值控制系统：在这种系统中，主动量的比例关系是通过预设的参数直接调节的，没有反馈机制。
这种控制系统比较简单，但对于外界干扰很敏感。
2. 单闭环比值控制系统：这种系统中，主动量的比例关系是通过一个反馈回路进行调节的。
反馈机制可以根据实际输出与期望输出之间的差异来调整主动量，以保持比例关系。
3. 双闭环比值控制系统：这种系统在单闭环比值控制系统的基础上增加了一个内环控制回路。
这个内环可以进一步调整主动量，使其更准确地维持比例关系。
4. 变比值控制系统：这种系统中，比例关系不是固定的，而是可变的。
根据特定条件或需求，系统可以自动调整比例关系来满足要求。
5. 串级比值控制系统：这种系统中，多个比值控制系统按一定次序串联连接，形成一个层级关系。
每个控制环节都负责维持其管理的比例关系，最终实现整体的比值控制。
6. 比值控制组合的系统：这种系统结合了多种比值控制技术和方法，根据具体需求和复杂性进行组合，以实现更精确的比值控制效果。
比值控制系统
的控制信号。
P2T
炉膛
正 燃气
锅炉给水
P2C输出高值时，LS选中P1C作为输出。系统是 以蒸汽压力为被控变量的简单控制系统。当煤气压力
超过P2C给定值时， P2C输出低值， LS将改选P2C作
为输出。 系统处于
P1T 蒸汽
燃气压力控制时，
反
P1C 反
蒸汽出口压力控
汽包
P2C
＜ 选择器1
制回路被燃气压
力安全保护回路
2）控制方案的选择
控制方案选择应根据不同的生产要求确定，同时 兼顾经济性原则。
①如果工艺上仅要求两物料流量之比值一定，而 对总流量无要求，可用单闭环比值控制方案。
②如果主、副流量的扰动频繁，而工艺要求主、 副物料总流量恒定的生产过程，可用双闭环比值控制 方案。
③当生产工艺要求两种物料流量的比值要随着第 三参数的需要进行调节时，可用变比值控制方案。
如此例中，当前后塔的压力变化较大时，尽管调 节阀的开度不变，输出流量也会发生较大变化。
因此，简单
均匀控制适用于干
LT
扰不大、对流量的
1#
2#
均匀程度要求较低
LC
的场合。
2．串级均匀控制 为了克服简单均匀控制只有一个控制回路，只能 保证一个被控变量精度的缺点，可在简单均匀控制方 案基础上增加一个副控制回路，构成串级均匀控制。
给定1 － 控制器1
＋
正常控制
＋
控制器2 给定2 － 取代控制
变送器1
选择器
执行器
干扰 对象
被控量1 被控量2
变送器2
例1 锅炉蒸汽压力的控制
工艺要求锅炉输出蒸汽压力稳定。若用单回路 控制系统控制，则根据蒸汽出口压力控制燃气量。
第七章 比值控制系统
(三)、双闭环比值控制 1、特点 能克服单闭环主流量不受控的不足。
2、系统组成：如下图所示。
7-3 a)
双闭环比值控制
设定值(定值)
给定(随动值)
7-3 a)
双闭环比值控制
3、另一优点：
升降负荷比较方便。 4、适用场合
常用在主流量干扰频繁或工 艺上不允许负荷有较大的波动， 或工艺上经常需要升降负荷的场 合。
K正比于静态工作点流量F0 F0变化，K变化，影响动态质量。 解决办法：加入开方器，或通过阀特性补偿
比值控制系统中非线性环节的影响
（2）除法器的非线性 除法器本身就是一个非线环节 补偿办法：通过对数阀特性补偿
K 比值控制器 控制阀 流量对象
F2
测量变送2 除法器 开方器 测量变送1
F1
比值控制系统中的信号匹配问题
Q1
Q2
第二节
比值控制系统的类型
(一)、开环比值控制
1、系统组成: 如下图所示。
2、特点 简单、成本低； 只有当Q1变化时才起控制作用； Q2变化时Q1不会响应，比例关系被破坏。 3、适用场合 副流量没有干扰的情况。
(二)、单闭环比值控制
1、特点: 能克服开环比值方案的不足。 2、系统组成：如下图所示。
第七章 比值控制系统
第一节 概述
1、方法的产生 在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流 量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正 常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染， 甚至产生生产事故。如： 燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定 比例混合后送入炉膛。 制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。
2
F F K F F
2 2 2 1
F1max 2 ) K ( F2max
第二章 第3节 比值控制系统
2、比值器、乘法器方案
比值器、乘法器不包括在闭环回路中，故不影响系统的性 能
四、比值系数的设定
1、应用比值器的方案
U2：副流量的测量值 U1：主流量测量值，比值器输入值 Uo：副流量控制器的设定值，比值 器输出 K: 比值系数
G 1 = Gx ; G
2
= G (1 − x )
G2 1 − x k = = ; k ∈ (0, ∞ ) G1 x
3、均分控制
如图2-19所示，使两个流量之差为定值
Q1
F1T
÷
F2T
RC
YC
YT
y
Q2
图2-3-8 与2－17（b）对应
（1）控制过程： Q1/Q2=r 送给RC 作为测量值，YC最终产品质量控制器，输 出作为RC的设定值。 当除流量之外的干扰影响YC的测量值后，YC输出改变，从 而修改了RC的设定值，即修改了主流量和副流量的比值。
（2）系统分析： 对于进入主流量Q1的干扰，由于比值回路的快速跟踪作 用，使副流量Q2=rQ1变化，使主参数y恒定，静态前馈作用 对于进入Q2的干扰，通过自身的控制回路来克服，它相 当于串级控制系统的副回路 综上，变比值系统实质是一种静态前馈－串级控制系统
R 控制器 控制阀 测量变送 副流量对象 Q2 Q1
图2-3-4 开环比值控制系统方框图
2、单闭环比值控制系统
如图2-3-5所示，对副流量构成闭环。 对于副流量自身的干扰可以消除。系统中包含了一个闭合 回路，所以称为单闭环比值控制。
R F1T
30%NaOH
FC
F2T
H2O
混 合 器
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第三节比值控制系统
一、比值控制原理
在炼油、化工、制药等许多生产过程中,经常需要两种物料或两种以上的物料保持一定的比例关系。
最常见的就是燃烧过程,燃料与空气要保持一定的比例关系,才能满足生产与环保的要求:造纸过程中,浓纸浆与水要以一定的比例混合,才能制造出合格的纸浆;许多化学反应的诸个进料要保持一定的比例。
通常,在两个需要保持一定比例关系的物料中,一个就是主动量或关键量,另一个就是从动量或辅
助量。
由于物料通常就是液体,因此称主动量为主流量F
M ,从动量为副流量F
S。
F
M
与F
S
之间的关系为
Fs＝KF
M
(8－l)
式中,K为比值系数。
因此,只要主副流量的给定值保持比值关系,或者副流量给定值随主流量按一定比例关系而变化即可实现比值控制。
二、比值控制系统的类型
l.单闭环比值控制系统图8-12表示一个燃烧过程单闭环比值控制系统,主流量就是燃料,副流量就
是空气。
F
M
T测量出主流量并变换为标准信号,乘以比值系数K后,作为副流量控制系统中被控变量Fs的给定值。
如此,可以保持主流量与副流量之间的比例关系。
从系统结构外观上瞧,似乎单闭环比值控制系统与串级控制系统很相似。
但它们的方块图就是不同的,功能也就是不同的。
单闭环比值控制系统的方块图如图8-13所示。
图8-13 单闭环比值控制系统方块图
从图8－13中可以瞧到,没有主对象与主调节器,这就是单闭环比值控制系统在结构上与串级不同的地方,串级中的副变量就是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量,而比值中,副流量不会影响主流量,这就是两者之间本质上的区别。
副流量控制系统就是一个随动控制系统,它的给定值由系统外部的KF
M
提供,它的任务就就是使副流
量Fs尽可能地保持与KF
M 相等,随F
M
的变化而变化,始终保持F
M
与Fs的比值关系。
当系统处于稳态时,
比值关系就是比较精确的;在动态过程中,比值关系相对而言不够精确。
另外,当主流量处于不变的状态时,副流量控制系统又相当于一个定值控制系统。
与Fs保持比值总之,单闭环比值控制系统,能克服副流量的波动,能随着主流量的变化而变化,使F
M
关系。
但就是单闭环比值控制系统不能克服主流量的变化,当希望主流量也较稳定时,单闭环比值控制系统就无法胜任了。
因此,它应用于主流量不允许被控制的场合与主流量没有必要进行控制的场合。
2.双闭环比值控制系统
在主流量也需要控制的情况下,增加一个主流量闭环控制系统,单闭环比值控制系统就成为双闭环比值控制系统,见图8-14。
图8－14 双闭环比值系统方块图
由于增加了主流量闭环控制系统,主流量得以稳定,从而使得总流量能保持稳定。
双闭环比值控制系统主要应用于总流量需要经常调整(即工艺负荷提降)的场合。
如果没有这个要求,两个单独的闭环控制系统也能使两个流量保持比例关系,仅仅在动态过程中,比例关系不能保证。
3.变比值控制系统
如果工艺上要求两种流量的比值依据其她条件可以调整,则可构建变比值控制系统。
图8-15就是加热炉变比值控制系统,进料中燃料与空气要保持一定的比值关系,以维持正常的燃烧,而燃烧的实际状况又要从加热炉出烟的氧含量来加以判断。
因此,由AT测出烟气中的氧含量,送给AC,AC就是调节器,其输出作为单闭环比值控制系统的比值的给定值,画出该系统的方块如图8-16所示。
图中单闭环比值系统采用的就是相除方案,双闭环比值系统一样可以构成变比值系统。
另外,该系统又就是一个串级控制系统,就是氧含量-流量比值串级控制系统。
图8-16 加热炉变比值控制系统方块图。