双闭环流量比值控制系统
(涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计)
一、设计题目涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计二、设计任务该设计可在A3000-FS 实验台上完成。
图１中1#管流量Q1为主变量，2#管流量Q2为从变量，可设计串级调节器控制FV101满足系统要求。
表１ 连接端配置 测量或控制量 测量或控制量标号1＃涡轮流量计 FT101 2＃涡轮流量计 FT102 电动调节阀FV101 ……以上连接图和仪表仅为本控制系统中的设计提供思路，并不完整，其它部分还需根据自己的设计思路添加。
三、功能要求1) 有组态界面，可观察控制效果，用户操作方便。
2) 可手动输入数据，比如主动量设置、流量比值设置等。
3) 工艺参数在线曲线，可观察控制系统的运行效果。
4) 可在线修改工艺参数。
5)对扰动有较好的抑制能力。
四、控制原理FT 1022#调节阀FV101FT 101比值器调节器Q 2Q 11#图１ 比值控制原理示意图单回路控制系统解决了工艺生产过程自动化中大量的参数定值问题。
但是，随着现代工业生产的迅速发展，工艺操作条件的要求更加严格，对安全运行和经济性及对控制质量的要求也更高。
但回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求，在这样的情况下，双闭环串级控制系统就应运而生。
双闭串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到广泛地应用，串级控制系统是指不止采用一个控制器，而是将两个或几个控制器相串级，是将一个控制器的输入作为下一个控制器设定值的控制系统。
双闭环串级控制系统，就其主回路来看是一个定值控制系统，而副回路则是一个随动系统，主调节器的输出能按照负荷和操作条件的变化而变化，从而不断改变副调节器的给定值，使副回路调节器的给定值适应负荷并随操作条件而变化，即具有一定的自适应能力。
正确合理地设计一个串级控制系统是要其能充分发挥如上所述系统的各种特点。
在系统设计时应包括主、副回路的设计，主、副调节器控制规律的选择及正、反作用方式的确定。
五、系统规划及详细设计1.控制方案根据设计要求，系统采用单闭环比值控制。
2.3 比值控制系统
K
三. 具有逻辑提量的比值控制(十四) 工艺要求主、从流量的提降要有先后顺序。 计算机实现可用程序判断代替选择器。 仪表实现： 稳态时，I1=I2=IP
蒸汽
PC
IP I2
P↑，要求F1先↓，F2再↓。
PC反作用，IP↓，IP通过LS，I1 ↓， I1> IP（I1滞后 IP）， I1通过HS， I2 ↓ ，直到 I1=I2=IP 为止。 思考： P↓调节
I
I
F F0 F max F 0
I max
I0 I0
I0 F0
F
F max
I 2 I 20 K
'
F 2 F 20 F 2 max F 20 F1 F10 F1 max F10 F2
'
I 2 max I 20 I 1 I 10 I 1 max I 10
F2
G m1 s
F1
三. 双闭环比值控制 克服F1了易受影响的缺点。
F1
原料A
FT1 FT2 FC2
F2
原料B
FC1 K
PI
G m1 s
G O1 s
F1
K
PI
G m2 s
G O2 s
F2
四. 其它类型的比值控制系统 F ⒈ 串级变比值控制 工作过程： 串级系统的主参数 F1被干扰，内环调节，使F2原料A 按比例跟上F1。 是质量指标，副参 FT1 ÷ 相当于前馈。 SV 数是流量的比值。 F2被干扰，内环调节，使F2与F1成比例。 FT2 FC XC XT 其它干扰：导致 x 变化，主调XC调节，修正 比值，内环调节，使F2 与F1按新的比值成比例， F 原料B 保证 x 恒定。
三级液位仿真系统双闭环比值控制系统实验报告
三级液位仿真系统双闭环比值控制系统实验报告实验报告:三级液位仿真系统双闭环比值控制系统一、引言液位控制是工业自动化中的重要应用之一、液位控制系统的目标是使液位保持在设定值附近，并且在输入条件发生变化时能够快速恢复到稳定状态。
本实验针对三级液位仿真系统，设计了双闭环比值控制系统，旨在通过控制液位流量比值来实现液位的稳定控制。
二、实验原理在三级液位仿真系统中，通过给定流量值控制输入泵的流量，控制出口泵的速度以满足液位控制要求。
传感器采集液位信号并反馈给控制系统，经过控制计算得到输出调节量，控制输入泵和出口泵的流量值。
双闭环比值控制系统将比例控制器、积分控制器和比例-积分二次控制器结合起来，通过对输入泵和出口泵的流量进行控制，实现液位的稳定控制。
其中，比例控制器通过控制出口泵的速度来调节液位；积分控制器通过控制输入泵的流量来增加系统的稳定性。
比例-积分二次控制器结合了比例控制器和积分控制器的优点，既能快速响应输出，又能保持系统的稳态。
三、实验步骤1.连接实验系统：将液位传感器和流量传感器分别连接到控制系统进行信号采集。
2.设置参数：根据实际系统，设置合适的参数，包括液位传感器和流量传感器的量程、比例控制器和积分控制器的参数等。
3.运行系统：启动实验系统，并设置液位的设定值。
4.控制开关：根据实验要求，打开或关闭比例控制器、积分控制器和比例-积分二次控制器。
5.实验记录：记录实验系统的响应速度、稳态误差和稳定性等参数，并与理论预期进行对比分析。
四、实验结果通过实验控制系统成功实现了液位稳定控制。
实验结果表明，比例-积分二次控制器的控制效果最好，能够快速响应输出，且稳定性较好。
比例控制器的控制效果次之，响应速度较快，但稳定性较差。
积分控制器的控制效果最差，响应速度相对较慢。
五、实验总结本实验通过三级液位仿真系统的双闭环比值控制系统，成功实现了液位的稳定控制。
实验结果表明，比例-积分二次控制器是一种有效的控制方法，能够在保证系统响应速度的同时保持稳态。
流量双闭环比值控制pid参数增定
流量双闭环比值控制pid参数增定在化工、炼油或其他工业生产过程中。
工艺中常需要两中或两中以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。
常以保持两种或两种以上物料流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统［1]。
在需要保持比值关系的两种物料中，必有一种物料处于主导地位，这种物料称之为主物料，表征这种物料的的参数称之为主动量，由于在生产过程控制中主要是流量比值控制系统。
所以主动量也称为主流量，用F1表示；而另一种物料按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，因此称为从物料，表征其特性的参数称为从动量或副流量，用F2表示。
比值控制系统就是要实现副流量：F2与主流量F1成一定比例关系，满足关系： K =F2/F1，式中 K 为副流量与主流量的流量比值。
1.控制系统设计分析1.1控制要求(1）在化工、炼油及其它工业生产工程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。
在本实践中，将仿真比值控制系统，保持两个支路的流量Q1与Q2成一定比例关系，即： K =Q2?MQ1。
(2）当存在扰动时，两个流量仍能保持一定的比例，因此要求系统具有较好的抗干扰能力。
2.控制对象特征(1）本系统采用双闭环比值控制，其中支路1的流量Q1为主流量，支路2的流量Q2为副流量。
整个系统使用两个水泵，一个电磁流量计，一个涡轮流量计，一个电动调节阀以及一个变频器。
(2）在本次设计中，对象包括调节阀，及其所连接的管路。
(3）系统扰动大，工况不是很稳定。
(4）广义对象传函符合高阶特性，但 PID 控制不要求对象模型精度很高，故可以用一阶传递函数来模拟。
(5)系统仿真分析该控制系统具备两个闭合回路，主回路和副回路，两个回路通过比值器相连，主回路的输出量是副回路的输入量，两个回路相辅相成，但是又相互独立。
双闭环比值控制系统介绍
K Q2 Q1
双闭环比值控制系统框图工艺流程： 主ຫໍສະໝຸດ 数：原料油流量； 从参数：
催化剂流量；
PID控制器调试步骤：
1. 要求先整定主流量回路（原料油流量回路）的调节 器参数，待主回路系统稳定后，再整定从回路（催 化剂流量回路）中的调节器参数 ；
2. 对于主、从回路参数的整定实行先比例、后积分， 再微分的整定步骤；
实验内容：
1. 调节两个PID控制器参数，得到下主、从参数的衰 减比为4:1，并记录下调试过程中的参数和截图， 填写指导书中的表格；
2. 改变物料比例系数，观察流量比值的变化，并截图；
3. 加入扰动（包括主、从回路扰动），观察其克服干 扰过程，并截图；
4. 对截图曲线进行分析与说明；
5. 回答指导书中本实验后面的问题。
衰减比是衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。习惯 表示为 n:1，一般 n 取为4～10之间为宜。
一、双闭环比值控制系统概况
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制 系统，称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统。
几个概念 主物料、主动量（Q1 、主流量）
从物料、从动量（Q2 、副流量）
要求先整定主流量回路原料油流量回路的调节器参数待主回路系统稳定后再整定从回路催化剂流量回路中的调节器参数对于主从回路参数的整定实行先比例后积分再微分的整定步骤
双闭环比值控制系统 介绍
杨春曦
1.最大偏差或超调量 指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。在衰减
振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值。 2. 衰减比
第七章比值控制系统
在工业生产过程中起主导作用的物料流量一般选为主 流量，其它的物料流量选为副流量，其副流量跟随主流量 变化。
在工业生产过程中不可控的或者工艺上不允许控制的 物料流量一般选为主流量 ，而可控的物料流量选为副流 量。
在生产过程中较昂贵的物料流量可选为主流量，这样 可以不会造成浪费或提高产量。
在现代工业生产过程中，对自动化的要求较高。就比值控制而 言，不仅要求静态比值恒定，且还要求动态比值一定，在扰动 作用下，要求主、副流量接近同步变化即要求静态与动态时物 料量保持一定比值。为了使 主、副流量在时间上和相位 上同步变化，必须引入“动态 补偿环节”Wb(s)，从原理上 分析，Q2(s)/Q1(s)=K，就可
Q2 s Wm1 sWb sWK sWT 2 sW2 s
Q1 s
1WT 2 sW2 sWm2 s
若能使Q2(s)/Q1(s)=K，就能达到主、副流量在 控制过程中的每一瞬时都能成比值变化即主、副 流量变化在时间和相位上同步。
Wm1
sWb sWK sWT 2 sW2 1WT 2 sW2 sWm2 s
作迅速。
例: “燃料-空气”系统
例： 带氧量校正信号的“燃料-空气”系统
1．信号的静态配合 流量与测量信号成线性关系
I1
Q1 Q1max
16
4
I2
Q2 Q2 max
16
4
由于生产工艺要求Q2/ Q1＝K，则
K I2 4 Q2max I1 4 Q1max
Wk (s)
K
I2 I1
4 4
K
Q1max Q2 max
若采用比值器来实现比值控制时，由上式计算出的仪表比 值系数K′，即为比值器的比值系数,W(s)= K′。
基于MCGS的双闭环流量比值控制系统的设计
基于MCGS的双闭环流量比值控制系统的设计【摘要】首先分析实际工业生产过程中比值控制的意义和重要性，然后对开环流量比值控制、单闭环流量比值控制和双闭环流量比值控制进行了比较，再提出了双闭环流量比值控制系统的设计方案，最后对该系统进行了调试。
【关键词】MCGS组态软件双闭环流量比值控制PID调节器随着工业生产自动化程度的提高，企业对工厂的过程控制系统也提出了更高要求。
工艺上经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合参加化学反应。
例如，以重油为原料生产合成氨时，在造气工段应该保持一定的氧气和重油比率，在合成工段则应保持氢和氮的比值一定；在加热炉中，需要保持燃料油与空气成一定的比例。
如果没有比值控制或比值失调，会影响生产的正常进行、甚至产生生产事故，因此比值控制在现代工业中发挥着非常关键的作用。
开环流量比值控制，当从动量受到外部干扰时，两物料的比值很难保持不变。
给其增加一个副流量的控制回路，便是单闭环流量比值控制，这样实现了副流量随主流量变化而变化，克服了本身干扰对比值的影响，但无法保证主物料的流量恒定不变。
本设计是在单闭环流量比值控制系统的基础上，增加一个主流量的控制回路，构成双闭环流量比值控制系统。
1 系统设计方案本系统有两条支路，一路是来自于电动阀支路的流量Q1，它是主动量；另一路是来自于变频器磁力泵支路的流量Q2，它是从动量。
要求从动量Q2能跟随主动量Q1的变化而变化，而且两者保持一定的比例关系Q2 / Q1=K.系统原理图和方框图如下：图2？系统方框图2 MCGS组态软件MCGS是一套全中文32 位工控组态软件，基于Windows95/98/Me/NT/2000 等平台，具有易用性、开放性和集成能力的用于快速构造和生成上位机监控系统的通用组态软件系统。
本设计在传统的需要人工监测和人工调节的过程控制基础上，加入了MCGS组态软件进行辅助控制，具有自动监测和自动调节功能，它能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警、动画显示、趋势曲线和报表输出等。
双闭环比值控制系统仿真
学号：01课程设计报告题双闭环比值系统仿真目学计算机科学与信息工程学院院专自动化业班2013级自动化3级学生刘博姓名指导教师吴诗贤2016年11月26日摘要 (3)一、课程设计任务 (5) (5)(1) ....................................................................PID控制原理及PID参数整定概述.. (5)(2) ....................................................................基于稳定边界法的PID控制器参数整定算法. (7)(3) ....................................................................利用Simulink建立仿真模型. (9)(4) ····································································参数整定过程 (14)(5) ....................................................................调试分析过程及仿真结果描述 (20)三、总结 (20)参考文献21双闭环比值控制系统仿真摘要：双闭环比值控制系统的特点是在保持比值控制的前提下，主动量和从动量两个流量均构成闭环回路，这样克服了自身流量的干扰，使主、从流量都比较平稳,并使得工艺总负荷也较稳定。
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双闭环流量比值控制系统
一、实验目的
1．了解双闭环比值控制系统的原理与结构组成。
2．掌握双闭环流量比值控制系统的参数整定与投运方法。
3．分析双闭环比值控制与单闭环比值控制有何不同。
二、实验设备
三、实验原理
本实验是双闭环流量比值控制系统。
其实验系统结构图如图7所示。
该系统
中有两条支路，一路是来自于电动阀支路的流量Q
1
，它是一个主流量；另一路是
来自于变频器—磁力泵支路的流量Q
2，它是系统的副流量。
要求副流量Q
2
能跟
随主流量Q
1的变化而变化，而且两者间保持一个定值的比例关系，即Q
2
/Q
1
=K。
图7 双闭环流量比值控制系统
(a)结构图 (b)方框图
由图中可以看出双闭环流量比值控制系统是由一个定值控制的主流量回路和一个跟随主流量变化的副流量控制回路组成，主流量回路能克服主流量扰动，实现其定值控制。
副流量控制回路能抑制作用于副回路中的扰动，当扰动消除后，主副流量都回复到原设定值上，其比值不变。
显然，双闭环流量控制系统的总流
量是固定不变的。
五、实验内容与步骤
本实验选择电动阀支路和变频器支路组成流量比值控制系统。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11、F2-1、F2-5全开，其余阀门均关闭。
具体实验内容与步骤，以及接线图请参照前一节的单闭环流量比值控制系统相应方案进行，只需在双闭环比值控制实验中将控制电动阀支路流量的调节器按单回路的整定方法整定好参数，并投入自动运行即可。
五、实验报告
1．画出双闭环流量比值控制系统的结构框图。
2．根据实验要求，实测比值器的比值系数，并与设计值进行比较。
3．列表表示主动量Q
1变化与从动量Q
2
之间的关系。
4．根据扰动分别作用于主、副流量时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
六、思考题
1．本实验在哪种情况下，主动量Q
1与从动量Q
2
之比等于比值器的仪表系数？
2．双闭环流量比值控制系统与单闭环流量控制系统相比有那些优点？。