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比值控制系统详解
（1）工 艺 图 ； （ 2）控 制 方 框 图
第
7 章
比
Q2
值 控 制 系 统
过 程 控 制 系 统 仿 真
7.1 比值控制系统基础知识
7.1.2 比值控制系统的类 型
4．变比值控制系统
可见，变比值控制是一种内外环嵌套的复合控制，内 环控制从物料的变化，外环控制第三参量的变化。通过 第三参量的变化实现系统的变比值控制。
给定值
给定值
-
+
-
+
主控制器
+
主控制器
+ -
-
变送器 变送器
检测 检测
比值控制器
副流量控制阀
比值控制器
副流量控制阀 变送器
干扰
副流量对象 干 扰 主 对 象
副流量对象 流量检测
主对象
除法器
变送器
流量检测
Q1
除法器
变送器
流量检测
Q1
变送器 （2）
流量检测
图5.4 （变2比） 值 控 制 系 统 （1）工 艺 图 ； （ 2）控 制 方 框 图
真 料流量在新的流量数值的基础上，保持原设定值的比值关系不变。
总之, 单闭环比值控制系统虽然能保持主、副物料流量比值不变，但是无法控制主物 料的流量不变，因此，对生产过程的生产能力没有进行控制。该控制系统能保证主、副 物料的流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。
第
7 章
系 统
常见的流量检测有：
过
�差压式流量计通过测量流动过程中两点的压力差，然后根据压力差与流量关系实现流量检测；
程 控 制 系
(工业过程控制)7.比值控制
为防止异常情况对系统造成损害，需 设计安全保护措施，如联锁、紧急停 车等。
控制参数的整定
确定控制参数
根据控制目标和工艺要求，确定合适的控制参数，如比例系 数、积分时间等。
整定控制参数
通过实验或仿真，调整控制参数，以达到最佳的控制效果。
05
比值控制系统的调试与优化
系统调试
硬件设备检查
确保所有硬件设备如传感器、执行器、控制 器等都已正确安装并正常工作。
03
程的稳定和排放达标。
比值控制的重要性和优势
提高产品质量和产量
通过精确控制物料比例，可以 稳定生产过程，提高产品质量
和产量。
节能降耗
合理地控制物料比例可以降低 能耗和物耗，提高生产效率和 经济性。
减少环境污染
通过精确控制反应过程，可以 减少副反应和废弃物的产生， 降低对环境的污染。
提高生产安全
比值控制可以减少人工操作和 人为误差，降低生产事故的风
参数整定
根据实际工艺需求，对控制器参数进行整定， 以获得最佳的控制效果。
软件配置
根据比值控制需求，对控制软件进行配置， 包括输入输出信号、控制算法等。
模拟测试
在调试过程中，通过模拟测试来验证比值控 制系统的功能和性能。
系统优化
01
控制策略优化
对比值控制算法进行优化，以提高 系统的响应速度和稳定性。
求进行。
调节阀的安装位置和方式应合理 选择，以保证调节的准确性和可
靠性。
03
比值控制策略
固定比值控制
总结词
固定比值控制是一种简单的比值控制策略，通过设定固定的比例来控制两个或多 个输入流之间的输出比例。
详细描述
固定比值控制通常用于工业过程中需要保持恒定比例的场合，例如气体混合、液 体配料等。通过设定固定的比例系数，可以确保输入流之间的输出比例保持不变 。这种控制方法简单易行，但缺乏灵活性，无法应对输入流变化的情况。
比值控制
该比值系数只与变送器的量程和所要求 从动量与主动量的对应比例关系有关，与变 送器的电气零点无关。
3、几点说明
（1）采用线性流量检测方法时，只有在 F1MAX=F2MAX的场合，k=K；在采用差压法未 2 2 F 经开方流量检测时，在k F 时，k=K 1MAX 2 MAX （2）采用相乘或相除的方案中，比值函数 部件可以改接在F2一侧，即实现 K ' F2 / F2 MAX F1 / F 。此时， K’＝1/K。 1MAX （3）在同样的比值k下，通过调整F1MAX， F2MAX也可以改变比值系数。
在正常工况下，主动量与从动量的输出 值（无量纲）分别为F1/F1MAX，F2/F2MAX。 所以单元组合仪表的比值系数为：
F2 / F2 MAX F2 F1MAX F1MAX K ( ) k( ) F1 / F1MAX F1 F2 MAX F2 MAX
该比值系数只与变送器的量程和所要求 从动量与主动量的对应比例关系有关，与变 送器的电气零点无关。
3、变比值控制系统
满足工艺对两种流量的比值可以依据其 他条件变化的要求。如图9－15所示。 燃烧的实际状况可从加热炉的烟道气氧 含量判断，根据氧含量分析值，通过主控制 器，改变燃料与空气流量比值控制器的设定 值，从而构成了变比值控制系统。 该系统也是氧含量－流量比值串级控制 系统。
图9－15 加热炉变比值控制系统
比值控制中，需要保持比例的两种物料： 处于主导地位的称为主动量，通常用FM表 示，如燃烧中的燃料量。 另一种物料称为从动量，用FS表示，如燃烧 比值系统中的空气（氧气）量。 比值控制系统要实现： FS/FM=k k为从动量与主动量的比值。
比值控制系统：凡是用来实现两个或两 个以上的物料量按一定比例关系以达到某种 控制目的的控制系统。因此，比值控制系统 是按照功能来命名的。 常用的比值控制系统有： （1）单闭环比值控制系统 （2）双闭环比值控制系统 （3）变比值控制系统
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。
比例控制规律
一般来说，若对象滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，比例 度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的 形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。
5
浙江大学信息学院控制系
—过程控制基础及应用—
a u O b e
纯比例控制 P
a O
b
qi
qi
q0
q0
u (t )
a e(t ) K p * e(t ) b
在该控制系统中，阀门开度的改变量与被控变量(液位)的偏差值成比例，这就是比例控 制规律，其输出信号的变化量与输入信号(指偏差，当给定值不变时，偏差就是被控变量测 量值的变化量)的变化量之间成比例关系，这种控制规律称为“纯比例控制”
—过程控制基础及应用—
比例增益KP
u Kp e
比例度
1 10Leabharlann % Kp两者的关系：KP越大
越小
比例作用越强。
3
浙江大学信息学院控制系 比例作用对过渡过程的影响
—过程控制基础及应用—
结论：纯比例控制系统，必定存在余差。
KP越大或越小余差越小 KP 越大或越小 控制作用越强 余差越小、最大偏差越小 KP 太大或太小 控制作用太强 稳定性降低、会造成系统不稳定
余 差 小 高 K P 或 一对矛盾, 要统筹兼顾 K P 或
稳定性
4
浙江大学信息学院控制系 比例作用对过渡过程的影响 纯比例调节系统的特点：控制及时 控制结果有余差
—过程控制基础及应用—
纯比例控制适用场合： 干扰幅度较小
纯滞后较小 负荷变化不大
控制要求不太高
1
浙江大学信息学院控制系
比值控制
比值控制系统问题的提出：在工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系，要求严格控制比例。
最常见的是燃烧过程，燃料与空气要保持一定的比例关系，才能满足生产和环保的要求：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。
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。
而我们之前学习的控制系统的控制达不到这样的控制要求。
因此就要用到一个新的控制————比值控制系统基本概念：1.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。
2.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。
3.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。
4.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。
5. 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/ F1 F2—为从动量A ， F1—为主动量B （从动量/主动量=K 常数）在比值控制系统中，从动量是跟随主动量变化的物料流量，因此，比值控制系统实际上是一种随动控制系统。
比值控制系统的类型开环比值控制系统单闭环比值控制系统双闭环比值控制系统变比值比值控制系统（串级比值控制系统）开环比值控制系统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。
随着F1的变化，F2跟着变化，满足F2=KF1的要求（阀门开度与F1之间成一定的比例关系。
（图P162 图5.1）开环比值控制缺点1.当F2因管线两端压力波动而发生变化时，系统不起控制作用，即：F2本身无抗干扰能力。
比值控制
K
QA
Q B max Q A max
存在问题：物料A的流量回路存在非线性，当物料B的流量减少时， 回路增益增大，有可能使系统不稳定，并可能出现“除零”运算。
比值控制的逻辑提降量
蒸汽
PC
I0 LS I1
F 1C F 2C
功能: (1) 正常工况下实现 锅炉蒸汽压力对燃料流量 的串级控制，以及燃料与 空气流量的比值控制
比值控制系统方案1
QB IB K1 IA
FC
假设流量测量变送环节为线性对 象（对于用孔板测量的信号须经 开方运算）。
稳态条件: IA = K1 IB
QA Q A max K1 QB Q B max ,
K
AB
QA QB
QA
K1 K
Q B max
AB
Q A max
比值控制方案2
QB IB
稳态条件: K2 IA = IB
K2 QA Q A max QB Q B max ,
K
AB
QA QB
IA
K2
FC
K2
QA
1 K
AB
Q A max Q B max
1 K1
比值控制系统方案3
QB
稳态条件: K3 = IA / IB
K3 QA QB
AB
IB
÷
IA
IA / I B
RC
K3
Q B max Q A max
比值控制 Ratio Control
比值控制内容
比值控制问题的由来； 常用的比值控制方案与系统结构； 流量比值与比值器参数的关系； 变比值控制系统% NaoH QB H2O QA