比值控制
关于比值控制的例子
关于比值控制的例子
1. 你知道做蛋糕时怎么控制糖和面粉的比值吗？这就像是一场甜蜜的冒险！比如说我们做一个巧克力蛋糕，那巧克力和面粉可不能随便放呀，得有个合适的比例。
不然放太多巧克力，那蛋糕可能就过于甜腻；放太少呢，又没了那浓郁的巧克力味。
就像跳舞一样，节奏要把握好才行！
2. 哎呀，想想装修房子时涂料和水的比值也很重要呢！这不就跟调颜料似的嘛。
如果水加太多，那涂料刷上去可能遮盖力就不够；水太少呢，又不好刷均匀。
这可不能马虎，就像给房子穿上一件合适的衣服，得精心搭配呀！你说是不是？
3. 咱平时喝的鸡尾酒，调制时各种酒的比值简直太关键啦！那简直就是一个神奇的魔法。
就好比说调制一杯莫吉托，朗姆酒和苏打水的比例要是不对，味道可就差了老远。
这就如同搭积木，一块放错地方可能整个就歪啦！这多有意思呀！
4. 嘿，你瞧汽车里的燃油和空气的比值重要不？这就像人的呼吸一样。
如果比值不合适，车子可能跑不起来或者费油得很呢。
这就好像跑步，呼吸节奏乱了，还怎么跑得好呢？你说气人不气人！
5. 做面包时酵母和面粉的比值也不容忽视呀！这就好像一场小小的战役。
酵母多了，面包可能发得太过；少了呢，又发不起来。
这和打仗安排兵力一样，得恰到好处才能胜利呀！这是不是挺神奇的？
6. 想想花园里肥料和土壤的比值，那可决定了花花草草的生长呢！多像给植物们准备美食呀。
肥料太多可能会把植物“烧”坏，太少又不够营养。
这就好比给孩子喂饭，多了少了都不行，得刚刚好呢！真的是太重要啦！
结论：比值控制在生活中真是无处不在呀，不管是做美食、装修还是其他方面，都得用心去把握好比例，才能有理想的效果呀！。
(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
§6比值控制
§6比值控制基本要求：《过程控制工程》背景：生产中有要求两种或多种物料流量成一定比例典型：燃烧过程，燃料和空气成比例能充分燃烧。
若（1）空气不充分，浪费燃料，污染大气；（2）空气过多，燃烧效率？降低温度？影响产品质量主物料/主动量：处于主导地位的物料从物料/从动量：按主物料进行配比，跟随主物料变化而变化例：燃烧过程：燃料主动量，空气跟随燃料变化，从动量因物料多是流量，因此也称主流量和副流量 比值21q q k比值控制：从动量随主动量按一定比例关系变化，为随动控制常见的几种比值控制系统的组成、设计及应用一．常用比值控制方案1．单闭环比值控制（缺方框图）主动量经比值器W c1(s)作为Q 2?(W c2)的给定值，接比值k 跟随Q 1变化。
当Q 1不变，Q 2受到的扰动通过Q 2的闭合回路进行定值控制，Q 1 Q 2在原始数值上保持不变，且保证Q 2和Q 1还是成比例。
当Q 1受扰动，相当于Q 2的设定值改变，但闭环回路将使Q 2跟随设定值的变化，Q 1 Q 2在新流量数据保持不变，使Q 2和Q 1还是保持比例。
当Q 1 Q 2同时受扰动。
总之，保持Q 2/ Q 1=k 不变示例：包含比值控制的炉温控制系统。
（缺方框图）2．双闭环比值控制单闭环比值中主动量q1，不受控制，易受干扰，所以采用双闭环比值控制。
（缺方框图）主动量控制（单）回路是一个定值控制：克服主动量扰动，实现定值控制。
从动量单回路是一个随动控制：克服从动量扰动，实现随动控制。
特点：主、从动量均比较稳定。
两个控制回路通过比值器发生联系，除去比值器，两个独立单回路控制可实现静态比值关系。
示例：双闭环比值控制的主动量回路作为炉温串级控制的一部分：串级：主变量是炉温，副变量是燃料流量该系统：实现炉温控制，保证空燃比。
（缺图）3．变比值控制背景：当要求两种物料流量的比值随第三个参数需要变化，《过程控制系统》一．基本概念背景：工艺上有要求两种或两种以上的物料流量保持一定比例。
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
§5-1 基本概念及结构方案
（四）变比值控制系统 很多情况下比值不是最终目的，而是保证产品产量、质量的手段。因 此，比值系数应根据质量要求进行修正。于是出现了按照一定工艺指标自 动修正比值系数的变比值控制系统（串级比值控制系统）。
设定值
+
y
主控制器
-
+
比值控制器
-
执行器
副流量对象
主流量对象
Q2 Q1
dI2 dQ2
Q2 Q20
2 Q2
2Q20
2 Q2 max
16
讨论：采用差压法测流量时，静态放大系数随流量的负荷变化 而变化。负荷（稳态工作点）升高，放大系数增大，系 统稳定性下降，反之，系统稳定性提高。 解决方法：负荷变化较大时，流量测量要用线性检测仪表。
§5-2 比值控制系统的设计和实施
§5-2 比值控制系统的设计和实施
若使
Q2 ( S ) K Q1 ( S )
则可保证从动量与主动量严格同步 。
为此可求得补偿器的传递函数：
Wz ( S ) K [1 Wc ( S )Wv ( S )Wo ( S ) H m 2 ( S )] Wk ( S )Wc ( S )Wv ( S )Wo ( S ) H m1 ( S ) 1 Wc ( S )Wv ( S )Wo ( S ) H m 2 ( S ) Q2 max Wc ( S )Wv ( S )Wo ( S ) H m1 ( S ) Q1max Wk ( S ) K Q1max Q2 max
2 Q2 2 Q1 2 I 2 4 Q2 2max I1 4 Q1max ' 2
即： K
2
K
'
仪表比值系数为：
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
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； 变比值控制系统的特点与应用场合； 仿真举例
溶液配制问题
30% NaoH
H2O
QB
QA
混 合 器
6~8% NaoH
问题：当NaoH用量QB变化时， 调整稀释水量QA 以使稀释液 NaoH的浓度为6~8%左右。 解决方案：
×
RVsp
RV
FC
RF
凝液
TC
蒸汽
T2sp
T2
系统功能： （1）变比值串级？ （2）变增益串级？
工艺
（3）前馈反馈串级
介质
控制 ？
换热器变比值串级控制仿真
(参见模型…/FFControl/ExHeaterRatio_PID.mdl)
结论
讨论了流量比值控制问题； 介绍了常用的比值控制方案； 分析了流量比值与比值器参数的关系； 详细列举了燃烧控制中常用的逻辑提降量
QB QB max
,
K AB
QA QB
K2
1 K AB
QAmax QB max
1 K1
比值控制系统方案3
QB
IB
÷
IA
IA / IB
K3
RC
QA
稳态条件: K3 = IA / IB
K3
QA QB
QB max QAmax
K AB
QB max QAmax
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。
（1）出口浓度控制； （2）入口流量的比值控制（流 量比值 ？）。
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4．正确选用流量计与变送器
用差压流量计测气体流量时，若环境温 度和压力发生变化，流量测量值将发生变化。 故对于温度、压力变化较大，控制质量要求 较高的场合必须引入温度、压力补偿。
5.比值控制方案的实施
工程上可采用比值器、乘法器和除法器 等仪表来完成两个流量的配比问题。在计算 机控制系统中，则可以通过简单的乘、除运 算来实现。
•
在实际的生产过程中，需保持比 例关系的物料几乎全是流量，因此常 将主物料称为主流量（主动量），而 从物料称为副流量(从流量、从动量)， 其比值用K表示，即 K=Q2/Q1
一、常用的比值控制方案
1．单闭环比值控制
优点：能确保Q2/Q1＝K不变，结构较简单，因而 应用广泛。 缺点：Q1不受控制，易受干扰。总流量不固定。
•
在以石脑油为原料的合成氨生产过程中， 工艺要求进入一段转化炉的石脑油Q2与水蒸汽 Q1成一定比例，要求Q1、Q2流量比较恒定。
Q1
Q2
双闭环比值控制系统既能保持主动量、 从动量在变动情况下的比值关系，同时又能 消除两个流量的自发扰动。 • 双闭环比值控制在使用中应防止产 生“共振”。因为当主动量采用定值控制 后，由于调节作用，其变化的幅值肯定 会大大减少，但变化的频率往往会加快， 从而通过比值器使从动量控制器的给定 值处于不断变化中。当它的变化频率和 从动量控制回路的工作频率接近时，可 能引起共振。
3．调节器控制规律的确定
比值控制调节器控制规律要根据不同 控制方案和控制要求来确定。 单闭环比值控制：从动量回路调节器 选用PI控制规律，因为它将起比值控制和 稳定从动量的作用； 双闭环比值控制：主、从动量回路调 节器均选用PI控制规律，因为它不仅要起 比值控制作用，而且要起稳定各自的物料 流量的作用； 变比值控制：可仿效串级调节器控制 规律的选用原则。
• 冶金炉及隧道窑燃烧过程炉温控制
在炉温单回路控制基础上，增加了燃料与 空气比值控制，能使燃烧更充分，既节约能源 又改善环境污染。
•
保持两种物料间成一定的(变或不 变)比例关系，往往仅是生产过程全部 工艺要求的一部分甚至不是工艺要求 中的主要部分，即有时仅仅只是一种 控制手段，而不是最终目的。 • 如上述燃烧过程，燃料与空气的 比例虽很重要，但控制的最终目的却 是温度。
2.双闭环比值控制
--
主动量控制回路能克服主动量扰动，实 现其定值控制。从动量控制回路能克服作用 于从动量回路中的扰动，实现随动控制。当 扰动消除后，主、从动量都回复到原设定值 上，其比值不变。 • 双闭环比值控制能实现主动量的抗扰动 和定值控制，使主、从动量均比较稳定，从 而使总物料量也比较平稳，系统总负荷也是 稳定的。 • 双闭环比值控制的另一优点是升降负荷 比较方便，只需缓慢改变主动量控制器的给 定值，从动量自动跟踪升降，并保持原来比 值不变。不过所用设备较多、投资较高，而 且投运比较麻烦。
将计算出的比值K'设置在原比值 器上，比值控制系统就能按工艺要求 正常运行。 7．比值控制系统的参数整定 对于定值控制(如双闭环比值控制 中的主回路)可按单回路系统进行整定； 对于随动控制(如单闭环比值控制、 双闭环的从动量回路及变比值的变比 值回路)，要求从动量能快速、正确跟 随主动量变化，不宜过调，以整定在 振荡与不振荡的边界为最佳。
第四节 比值控制
一、常用的比值控制方案 二、比值控制系统的设计与整定 三、工业应用举例 四、比值控制系统的仿真
在许多工业生产过程中，要求两种或多 种物料流量成一定比例关系，一旦比例失调， 就会影响生产的正常运行，影响产品质量，甚 至发生生产事故。 如：燃烧过程：燃料量与空气量； 制药过程：药物和注入剂； 造纸过程：纸浆量和水量。 比值控制系统：两个或多个参数自动维 持一定比值关系的过程控制系统。 主物料或主动量Q1：在需要保持比例关 系的两种物料中，处于主导地位的物料。 从物料或从动量Q2：按主物料进行配比， 在控制过程中跟随主物料变化而变化的物料。 例：燃烧过程：燃料 VS 空气。
6.比值系数的计算 设计比值控制系统时应把两个体积流量 或重量流量之比值K折算成比值器上的比值 系数K'。 当变送器的输出信号与被测流量成线性 关系时： q1max K' = K q2max q1max—测量q1所用变送器的最大量程； q2max—测量q2所用变送器的最大量程。 当变送器的输出信号与被测流量成平方 关系时： 2 q 1max K' = K 2 2 q2max
二、比值控制系统的设计与整定
1.主、从动量的确定 在生产过程中起主导作用或可测 但不可控、且较昂贵的物料流量一般 为主动量，其余的物料流量以它为准 进行配比，为从动量。 2．控制方案的选择 比值控制有多种控制方案，在具 体选用时应分析各种方案的特点、负 荷变化、扰动性质、控制要求等进行 合理选择。
• 请参考： 过程控制与Simulink应用， 王正林, 郭阳宽，2006年7月。
3．变比值控制（串级比值） 在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值， 随第三个参数的需要而变化。图4—48是一个以某 种质量指标y1(常称为第三参数或主参数)为主变 量，而以两个流量之比为副变量的串级控制系统。
• Q1受扰
• Q2受扰
• Y1受扰
Hale Waihona Puke •在生产硝酸氨时，要保持氧化炉温度在一 定范围内，设计了以氧化炉温度为主参数、氨气 和空气的比值为副参数的串级比值控制系统。
三、工业应用举例
比值控制系统的仿真
• 单闭环比值控制系统
5 Constant 3 Kp1 -KKi Uniform Random Number1 Random Number -KKp 1/s Integrator 3 15s+1 Transfer Fcn Transport Delay Scope