实验六 双闭环流量比值控制系统
流量比值控制实验心得
流量比值控制实验心得在生产过程中，凡是将两种或两种以上的物料量自动地保持一定比例关系的控制系统，就称为比值控制系统。
在化工行业中，流量控制是非常重要的。
本文主要介绍了一种流量比值控制系统，经实验和实践运行，液晶显示屏价格证明该系统具有结构简单、稳态误差小、控制精度高等优点。
比值控制有开环比值控制、单闭环比值控制和双闭环比值控制三种类型。
开环比值控制是最简单的控制方案。
单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的缺点而设计的，这种方案的不足之处是主流量没有构成闭环控制。
液晶拼接屏幕本系统采样双闭环比值控制方案。
电磁流量计广泛用于测量导电的液体和液固两相流体的体积流量，测量结果与流体的温度、粘度、密度、压力及液固成分比无关，电导率在较大范围内变化时也不会影响测量结果。
因此，只需经普通水标定后，就可以用来测量其他导电性液体或液固二相流体介质的流量，而不需附加任何修正，所以电磁流量计是一种真正的体积流量计。
本设计采用的是广东万山自动化仪表有限公司型电磁流量计。
使用mm430变频器控制泵类负载时，需要注意起始频率，防止闭环控制系统在突加给定时，流量出现过大的超调和震荡。
在管道和泵的规格确定之后，相应的流量起始频率也就确定了。
在本系统中，频率大于19hz之后才有流量输出。
针对变频调速泵的这种特性，在系统调试时应首先进行开环试验，测出泵的频率-流量特性曲线。
根据测出的起始频率来制定控制算法。
在起始频率以下，采用开环控制模式，变频器的输入信号为斜坡函数，即线形渐增电压信号。
待达到起始频率建立起流量之后，再转入闭环控制模式。
对于闭环控制模式，又分为比例（p）控制和比例积分（pi）控制两种模式。
首先运行比例控制，当实际流量接近设定流量时，再转入比例积分控制模式。
采用多模态控制后，消除了流量的大幅度波动，改善了流量的跟随性能并消除了稳态误差。
在本系统中，根据流量闭环控制系统的误差大小，将比例系数和积分时间常数各分为10级，在运行过程中能够自动地调用合适的比例系数和积分时间常数，这种控制能够兼顾跟随性和抗扰性，实现了既响应快又抑制超调的目标，达到了很好的效果。
(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。
比值控制系统
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。
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。
实验6控制系统综合实验-实验报告模板
实验六控制系统综合实验实验报告班级：化工卓越1201姓名：***学号：********实验内容1、执行器气开气关选择和控制器正反作用选择；要求液体不溢出，并写下选择结果。
执行器：气开控制器：反作用2、装置运行1）出水阀开在50%；2）控制器手动操作，调节MV信号，手动将液位调在40%；3）在手动操作下将液位再次调在60%，思考如何操作才能完成？并观察液位稳定时进水量和出水量之间的关系。
答：不断调节MV，直到选取的MV值能使液位稳定在60%。
液位稳定时进水量和出水量基本相等。
4）PID参数调整在Kc=2，Ti=5s，Td=0s，切换到自动。
5）在自动操作下改变给定值，观察一会，再切换到手动操作，观察手自动切换是否无扰动？手自动切换过程中给定值发生什么变化？答：手自动切换无干扰。
手自动切换时给定值基本无变化6）转换控制器正反作用，观察控制器正反作用选择错误会出现什么情况？答：液面将很快溢出液罐3、纯比例控制作用下的过渡过程测试1）出水阀开在50%，先手动操作，将液位稳定在50%左右。
2）调整PID参数：Kc=1，Ti>5000s，Td=0s。
3）切换到自动，将Sv由50%变化到60%，观察过渡过程，将图存下。
4）再切换到手动操作，将液位稳定在50%左右，调整Kc=3，切换到自动，将Sv由50%变化到60%，观察过渡过程，将图存下。
5）再切换到手动操作，将液位稳定在50%左右，调整Kc=5，切换到自动，将Sv由50%变化到60%，观察过渡过程，将图存下。
回答：1）纯比例作用是否存在余差？答：存在余差。
2）随着Kc增加，控制器输出发生什么变化？过渡过程会出现什么变化？余差如何变化？答：随Kc增加，控制器输出增大。
过渡过程变化：液位波动增大，波动频率变快，达到稳定所需时间变长，且稳定后显示偏离给定值程度较大。
余差增大。
4、PI作用下的过渡过程测试1）出水阀开在50%，先手动操作，将液位稳定在50%左右。
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
双闭环管道流量比值控制系统设计报告
PLC控制技术实训评分表课程名称：PLC控制技术实训设计题目：单容液位变频器PID单回路控制,比值控制系统班级：学号：：指导老师：年月日常熟理工学院电气与自动化工程学院《PLC控制技术实训》报告题目：单容液位变频器PID单回路控制比值控制系统设计姓名：李良、何龙太莫勇、高虎学号：160112109、160112106160112113、160112104 班级：自动化121指导教师：刘叔军起止日期：2015.6.29~7.12摘要本课题针对液位控制系统系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，实现PID对水箱液位的控制。
针对比值控制系统进行模拟复杂控制系统设计、分析和测试研究，该系统通过涡轮流量计、电磁流量计进行信号采集，以工控组态软件组态王上位机监控P 画面并对PID参数调节，实现对比值系统的控制。
关键词：PLC PID控制液位控制比值控制组态王流量目录1、引言..................................................... 错误!未定义书签。
1.1主要内容............................................................... 错误!未定义书签。
1.2任务要求 .............................................................. 错误!未定义书签。
2、设计方案 ............................................. 错误!未定义书签。
2.1设计原理 .............................................................. 错误!未定义书签。
2.2设计方案论证 ....................................................... 错误!未定义书签。
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实验六双闭环流量比值控制系统
一、实验目的
1．实验目的：
(1) 通过实验加深了解比值控制系统的基本概念、比值控制系统的结构组成
(2) 掌握比值系数的计算, 掌握比值控制系统的参数整定
二、实验设备
1、水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、调节器（调节器808型两台、818型）、主回路调节
阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计，比例器，上水箱、中水箱。
2、计算机、上位机MCGS 组态软件、RS232-485 转换器1 只、串口线1 根
3、万用表1 只
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6-7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Q1，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Q2，它是系统的副流量。
要求副流量Q2能跟随主流量Q1的变化而变化，而且两者间保持一个定值的比例关系，即Q2/Q1=K。
图6-7 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。
四、实验内容与步骤
1、根据实验系统流程图构成一个单闭环比值控制系统。
2、将流量比值实验所用设备，按系统框图连接。
3、将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11、F2-1、F2-5全开，其余阀门均关闭
4、接通总电源和各仪表电源。
5、调节控制台面板上电位器K1可改变主副流量的比值，比值的范围是0.1～1倍。
控制系统的参数整定，调节器的参数整定可按单回路的整定方法进行。
6、稳定后，改变副回路中流量的大小，观察主回路流量的变化。
7、记录并处理历史曲线。
8、改变比例器的比例系数，观察流量的变化。
调节器控制参数：
调节器不能整定出比较合理的参数，需根据曲线来人工调整。
其需要设置的参数如下
1．根据试验结果编写实验报告，记录曲线，分别为主、副流量的过渡过程曲线。
2．曲线的分析处理，对实验曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表格。
六、思考题
1．本实验在哪种情况下，主动量Q1与从动量Q2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？。