实验三 单闭环流量定值控制系统
单闭环比值控制系统3
比值控制系统一、比值控制原理基本概念与原理比值控制中，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=kk为从动量与主动量的比值。
图9－12 燃烧过程比值控制系统在石化、制药等生产过程中，经常要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系。
燃烧过程：燃料与空气要保持一定比例，才能满足生产和环保要求。
造纸过程：浓纸浆与水要以一定比例混合，才能制造出合格的纸浆。
不少化学反应过程，多个进料要保持一定的比例。
比值系数计算流量比值与设置于仪表的比值系数是两个不同的概念，它们都为无量纲系数，但两者的数值是不等的。
流量比值k是流量的比值，它们可以同为质量流量、体积流量或折算为标准情况下的流量。
比值系数K是设置于比值函数模块或比值控制器中的参数。
1、采用线性流量检测单元的情况在正常工况下，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：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。
2、采用差压法未经开方流量检测单元的情况此时，主动量与从动量的输出值（无量纲）分别为（F1/F1MAX）2，（F1/F1MAX）2 。
所以比值系数为：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；在采用差压法未经开方流量检测时，在时，k=K（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。
此时，K’＝1/K。
（3）在同样的比值k下，通过调整F1MAX，F2MAX也可以改变比值系数。
单闭环流量定值控制系统matlab仿真
单闭环流量定值控制系统matlab仿真什么是闭环流量定值控制系统？闭环流量定值控制系统是一种基于反馈的控制系统，用于控制流体的流量，并将其维持在预定的值。
该系统通过传感器获取流量的实际值，并与设定的目标值进行比较，然后根据误差信号来调整执行器，以使流量保持在目标值附近。
闭环流量定值控制系统常用于流量控制、液位控制和压力控制等领域。
为什么需要闭环流量定值控制系统？在许多工业流程中，保持流量在设定的目标值是非常重要的。
例如，在化工生产中，过高或过低的流量可能导致反应速率变化、产品质量下降，甚至设备损坏。
因此，需要一种控制系统来实时监测和调整流量，以确保其保持在预定值附近。
闭环流量控制系统的优势是什么？与开环控制系统相比，闭环流量定值控制系统具有以下优势：1. 提高系统的稳定性：闭环控制系统通过不断地与目标值进行比较和反馈来调整执行器，以保持流量的稳定性。
因此，即使受到干扰或系统参数变化，闭环系统仍能快速响应并修正偏差。
2. 提高系统的鲁棒性：闭环控制系统可以通过自适应算法实现对系统参数变化的自动调整，从而提高系统的鲁棒性和对干扰的适应能力。
3. 提高系统的精确度：通过对实际流量进行实时监测和不断调整，闭环系统可以更准确地控制流量，使其保持在设定的目标值附近。
闭环流量定值控制系统的设计步骤：1. 系统建模：首先，需要对流量控制系统进行建模。
根据具体的应用，可以采用传统的线性模型或更复杂的非线性模型。
2. 控制器设计：根据系统模型，设计合适的控制器。
常用的控制器包括比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器和自适应控制器等。
控制器的选择应综合考虑系统的复杂度、要求的精确度和对干扰的鲁棒性。
3. 传感器选择：选择适当的传感器来实时监测流量。
常用的传感器包括流量计、压力传感器和温度传感器等。
传感器的选择应根据流量范围、精确度、响应速度和成本等因素进行考虑。
4. 执行器选择：根据控制需求选择合适的执行器进行流量调节。
单闭环流量定值控制系统毕业设计分解
开封大学毕业论文单闭环流量定值控制系统专业：[电气自动化]班级：[2班]学生姓名：[毕士杰]指导教师：[曹红英]完成时间：2018年10月13日目录第1章实验装置介绍 (1)1.1对象系统组成 (1)1．2 对象系统主要特点 (2)第2章系统的方案设计 (3)2.1硬件设计 (5)2.2软件设计 (6)第3章组态王软件设计 (10)3.1组态王软件介绍 (10)3.2使用组态王 (11)3. 3 创建组态画面 (14)3. 4 动画连接 (18)第4章系统中的问题和解决方案 (22)4.1控制规律的确定 (22)4.2调节器参数的整定方法 (23)总结 (27)参考文献 (28)第1章实验装置介绍1.1 对象系统组成（1）过程控制实验对象系统实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上、中、下三个串接有机玻璃圆筒型水箱；三相4.5kw电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加热筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。
系统动力系统两套：一套由三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、交流电磁阀、涡轮流量计等组成；另一套由日本三菱变频器、三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。
整套对象系统完全由不锈钢材料制造，包括对象框架、管道、底板、甚至小到每一颗紧固螺钉。
如图1-1（2）对象系统中的各类检测变送及执行装置扩散硅压力变送器三只：分别检测上水箱、中水箱、下水箱液位；涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量；Pt100热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上水箱出水口水温；控制模块：包括电磁阀、电动调节阀各一个；三相380V不锈钢磁力驱动泵、三相220V不锈钢磁力驱动泵；1．2 对象系统主要特点（1）被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数；（2）执行器中既有电动调节阀仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器；（3）系统除了能改变调节器的设定值作阶跃扰动外，还可在对象中通过电磁阀和手操作阀制造各种扰动；（4）一个被调参数可用不同的动力源、不同的执行器和不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣；（5）能进行多变量控制系统及特定的过程控制系统实验。
单闭环流量比值控制系统设计
摘要在现代工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料流量保持一定的比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常进展，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。
例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否如此将使燃烧反响不能正常进展，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。
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。
通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统，这次课程设计的内容就是单闭环流量比值过程控制系统。
在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前与时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进展,因为比值控制具有前馈控制的实质。
关键词：流量；比值控制；PID控制；可编程控制器目录1设计背景12比值控制系统概述4比值控制系统定义5比值控制原理5比值控制系统特点5比值控制系统的类型6开环比值控制系统6单闭环比值控制系统73单闭环流量比值控制系统方案设计9系统方案设计9系统硬件设计104上位机组态与程序设计124.1组态软件WinCC104.1.1WinCC简介104.1.2WinCC的开展与应用104.2上位机组态设计114.3PLC程序设计125PID参数整定与系统调试19控制器19控制器的优点20控制规律的选择20控制器参数的调节与其对控制性能的影响21比例控制对控制性能的影响19积分控制对控制性能的影响20微分控制对控制性能的影响22控制系统的整定23控制系统整定的根本要求23调节器参数的整定方法23 调节器参数的整定与调试27总结29参考文献301设计背景石油炼制生产过程中，把两种或两种以上根底组分油与各种添加剂按一定比例均匀混合，从而成为一种新产品的过程称为调和。
单闭环流量比值控制系统实验报告
《控制工程实验》实验报告实验题目：单闭环流量比值控制系统课程名称：《控制工程实验》姓名：学号：专业：年级：院、所：日期： 2019.04.25实验一一阶单容上水箱对象特性的测试一、实验目的1．了解单闭环比值控制系统的原理与结构组成。
2．掌握比值系数的计算方法。
3．掌握比值控制系统的参数整定与投运方法二、实验设备1. 实验装置对象及控制柜 1套2. 装有Step7、WinCC等软件的计算机 1台3. CP5621专用网卡及MPI通讯线各1个三、实验原理在工业生产过程中,往往需要几种物料以一定的比例混合参加化学反应。
如果比例失调，则会导致产品质量的降低、原料的浪费，严重时还会发生事故。
这种用来实现两个或两个以上参数之间保持一定比值关系的过程控制系统，均称为比值控制系统。
本实验是单闭环流量比值控制系统。
其实验系统结构图如图1所示。
该系统中有两条支路，一路是来自于电动调节阀支路的流量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，而且两者之间保持一个定值的比例关系，即Q2/Q1=K。
图1 单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副流量是一个闭环控制回路，当主流量不变，而副流量受到扰动时，则可通过副流量的闭合回路进行定值控制；当主流量受到扰动时，副流量按一定比例跟随主流量变化，显然，单闭环流量控制系统的总流量是不固定的。
四、比值系数的计算设流量变送器的输出电流与输入流量间成线性关系，即当流量 Q 由 0～Qmax变化时，相应变送器的输出电流为 4～20mA。
由此可知，任一瞬时主流量 Q1和副流量 Q2所对应变送器的输出电流分别为(1)(2)式中Q1max和Q2max分别为Q1和Q2最大流量值，即涡轮流量计测量上限，由于两只涡轮流量计完全相同，所以有Q1max＝Q2max。
设工艺要求Q2/Q1＝K，则式（1）、（2）可改写为：(3)(4)于是求得：(5)折算成仪表的比值系数K′为：(6)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。
单闭环流量定值控制系统
第二节单闭环流量定值控制系统一．实验目的：1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。
2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。
3．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。
二．实验原理：离心泵恒流量控制系统图如图5.3-1所示，控制系统方框图如图5.3-2所示。
图5.3-1 离心泵恒流量控制系统图图5.3-2 离心泵恒流量控制系统方框图离心泵恒流量控制系统为单回路简单控制系统，安装在离心泵出口管路上涡轮流量传感器TT将离心泵出口流量转换成脉冲信号，其脉冲频率经频率/电压转换器转换成电压信号后输出至流量调节器TC，TC将流量信号与流量给定值比较后，按PID调节规律输出4—20mA信号，驱动电动调节阀改变调节阀的开度，达到恒定离心泵出口流量的目的。
离心泵恒流量控制系统方框图如图十三所示。
控制参数如下：1．控变量y：离心泵出口流量Q。
2．定值(或设定值)ys：对应于被控变量所需保持的工艺参数值3．测量值ym：由传感器检测到的被控变量的实际值4．操纵变量(或控制变量)：实现控制作用的变量，在本实验中为离心泵出口流量。
使用电动调节阀作为执行器对离心泵出口流量进行控制。
电动调节阀的输入信号范围：4—20mA。
5．干扰(或外界扰动)f：干扰来自于外界因素，将引起被控变量偏离给定值。
在本实验中采用突然改变离心泵转速的方法，改变离心泵出口压力，人为模拟外界扰动给控制变量造成干扰。
6．偏差信号e:被控变量的实际值与给定值之差， e=ys-ym 。
ym---离心泵出口流量值Q 。
ys---离心泵出口流量设定值。
7．控制信号u ：工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量。
离心泵恒流量控制系统采用比例积分微分控制规律(PID)对离心泵流量进行控制。
比例积分微分控制规律是比例、积分与微分三种控制规律的组合，理想的PID 调节规律的数学表达式为：01()()()()tP D I de t u t K e t e t dt T T dt ⎡⎤∆=++⎢⎥⎣⎦⎰ 三．实验方法：1．向V103中注入2/3以上清水 2．打开设备总电源，检查各仪表，执行器是否正常3．打开阀门VA110或VA111，A112，A117，其余阀门关闭4．松动离心泵放气螺丝，直到有水流出，拧紧螺丝5．将离心泵出口压力测量表（PI-03）设为手动输出且输出值为100，变频器的频率即设为50.00Hz6．打开实验软件，进入流量曲线界面点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”开始记录液位变化7．将流量测量表（FI-01）设为自动输出且SV 值为4.00，P=3，I=5，D=1.5 FILE=58．打开立式离心泵向观察曲线变化情况，待流量稳定后，点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”重新记录液位变化9．大约10秒钟后通过以下几种方式加干扰：（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，下面方法仅供参考）。
单闭环流量比值控制系统matlab
单闭环流量比值控制系统matlab在控制系统工程中，单闭环流量比值控制系统是一种常见的控制系统结构，它可以实现对给定流量比值的精准控制。
在本文中，我们将探讨这一主题，并结合Matlab的实际应用来深入理解。
1. 单闭环流量比值控制系统概述单闭环流量比值控制系统是指在控制过程中，通过检测两个流量变量的比值，从而实现对流量比值的控制。
这种控制系统结构通常包括传感器、控制器和执行器等组成部分，它能够在一定程度上解决流量控制中的非线性和耦合问题。
2. 控制系统参数评估在设计单闭环流量比值控制系统时，需要对系统参数进行评估。
我们需要确定传感器的精度和灵敏度，以确保能够准确地检测流量比值。
控制器的参数也需要进行调整，包括比例、积分和微分参数的设定，以实现对流量比值的精准控制。
在Matlab中，可以通过仿真和参数优化的方法来进行参数评估，从而实现系统控制的优化。
3. Matlab在单闭环流量比值控制系统中的应用Matlab作为一种功能强大的工具，可以用于建立单闭环流量比值控制系统的数学模型，并进行仿真分析。
通过Matlab/Simulink工具箱，可以方便地搭建系统模型，并对控制器参数和系统结构进行优化。
Matlab还提供了丰富的数据可视化和分析工具，可以帮助工程师更直观地理解控制系统的性能，并进行系统设计与优化。
4. 个人观点和理解在实际工程应用中，单闭环流量比值控制系统具有广泛的应用价值，尤其是在化工、环保和生物工程等领域。
通过Matlab对控制系统进行建模和仿真分析，可以帮助工程师更加深入地理解系统动态特性和稳定性，从而实现系统设计的优化。
在实际工程中，需要综合考虑系统的稳定性、鲁棒性和实时性等因素，进一步优化单闭环流量比值控制系统的性能和可靠性。
总结回顾通过本文对单闭环流量比值控制系统的深入探讨，我们更深入地理解了控制系统工程中的关键概念和方法。
Matlab作为一种功能强大的工具，为工程师提供了便利的系统设计与优化评台，可以帮助实现对单闭环流量比值控制系统的高效建模和仿真分析。
单闭环流量比值控制系统实验
单闭环流量⽐值控制系统实验单闭环流量⽐值控制系统实验⼀、实验⽬的1、学习⽐例控制的原理。
2、了解⽐例控制的特点。
3、掌握闭环⽐例单回路控制的设计。
⼆、实验设备A3000-FS/FBS现场系统，任意控制系统。
三、实验原理1、控制原理电磁流量计流量与涡轮流量计⽐值控制实验，可以与“随动系统”和“串级系统”进⾏⽐较。
如图6-10所⽰。
若⽀路2安装的是涡轮流量计，则是两个涡轮流量计进⾏⽐值控制。
被调量为调节阀开度，控制⽬标是⽔流量，通过两个流量不同⽐例下的⽐较，然后输出控制值到调节阀。
实⾏PID控制，看控制效果，进⾏⽐较。
如图6-10所⽰。
图6-10 ⽐值控制系统原理图如果进⾏常规PID仪表实验，⽐值器通过内给定智能PID调节器实现。
把微分，积分调节取消。
就是⼀个⽐值器。
注意调节器⽐例带是P调节中的⽐例系数P K 求反，即P=PK 1*100%。
AI0为第⼀个内给定调节仪输⼊。
显⽰范围可以是4-20mA ，则给定值4 mA ；也可以是(⼯程量)0-1.2，也可以是0-100百分⽐，那个给定值就是0。
在第⼀个调节仪作为⽐值器使⽤之前，请切换到⼿动，设置输出为4 mA ，然后切换到⾃动状态，并且把SP 值设为4 mA 。
如果把P K 简单看成⽐例，那么可以控制两个流量的百分⽐相等。
(注意⽔泵提供的流量占电磁流量计最⼤的50%，所以电磁流量计不能超过该数值)。
如果要准确到流量成⽐例，只需要在原来的P K 值修正两个流量计的最⼤值之⽐就⾏。
例如：涡轮流量计百分⽐：电磁流量计百分⽐=1：P K ，那么实际流量⽐就是1.2：3P K 。
外给定的调节仪输⼊为FT102，给定值为第⼀个调节仪(作为⽐值器)的输出。
输出控制电动调节阀。
2、测量与控制端连接表3、参考结果常规智能仪表控制P=30、I=100S 、D=2S ，控制曲线如图6-11所⽰：图6-11 ⽐值控制实验四、实验要求1、设计串级控制器。
2、经过参数调整，获得最佳的控制效果，并通过⼲扰来验证。
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实验三单闭环流量定值控制系统
一、实验目的
1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。
2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。
3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。
5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备（同前）
三、实验原理
图3-27 单闭环流量定值控制系统
(a)结构图 (b)方框图
本实验系统结构图和方框图如图3-27 所示。
被控量为电动调节阀支路（也可采用变频器支路）的流量，实验要求电动阀支路流量稳定至给定值。
将涡轮流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI 控制，并且在实验中PI 参数设置要比较大。
四、实验内容与步骤
本实验选择电动阀支路流量作为被控对象。
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 全开，其余阀门均关闭。
将“FT1电动阀支路流量”钮子开关拨到“ON”的位置。
具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前面的单闭环定值控67
制中相应方案进行，下面只给出实验的接线图。
图3-28 智能仪表控制单闭环流量定值控制实验接线图
五、实验报告要求
1．画出单闭环流量定值控制实验的结构框图。
2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。
六、思考题
1．如果采用变频器支路做实验，其响应曲线与电动阀支路的曲线有什么异同？并分析差异的原因。
2．改变比例度δ和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？
3．在本实验中为什么采用PI 控制规律，而不用纯P控制规律？。