第三章 比值控制系统

1、过程控制系统及工程第三章第三章 比值控制系统比值控制系统 可测或可控，处于比值控制中的主导地位 F1可控，一般供应有余， 按主物料进行配比 F2 比值控制系统，要求副流量F2与主流量F1成一定的比值关系，K为流量比值 21FKF按结构分类： 开环和闭环比值控制系统按实施方案分类： 相乘和相除方案按比值分类： 定比值和变比值控制方案按控制原理： 属于前馈控制系统(a)(a)原理图原理图FCF1F2(b)(b)方块图方块图3.2.1 开环比值控制系统开环比值控制系统控制器控制器控制阀控制阀对象对象F2测量变送测量变送F1本质：整个控制系统处于开环状态，本质：整个控制系统处于开环状态，F2流量根据流

2、量根据F1流量，流量， 按比例系数开闭阀门按比例系数开闭阀门场合：这种方案应用较少场合：这种方案应用较少优点：简单，仪表少优点：简单，仪表少缺点：系统开环，缺点：系统开环，F2波动时比值难以保证波动时比值难以保证3.2.2 单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统 在开环比值控制系统的基础上，增加了一个在开环比值控制系统的基础上，增加了一个副流量的闭环控制系统副流量的闭环控制系统 KF1F2FC 从方块图上看，与串级控制系统的结构相似，只是主参从方块图上看，与串级控制系统的结构相似，只是主参数没有闭环，数没有闭环，F2不影响不影响F1 主流量变化，改变副流量控制器给定值主流量变化，改变副流量控制器

3、给定值 随动控制。随动控制。 副流量系统闭环，稳定副流量副流量系统闭环，稳定副流量 定值控制。定值控制。 3.2.2 单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统控制器控制器控制阀控制阀对象对象F2测量变送测量变送F1 K测量变送测量变送3.2.2 单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统优点：优点：1）能克服）能克服F2的波动的波动 2）结构简单，特别是在主）结构简单，特别是在主 流量参数工艺不能控制流量参数工艺不能控制 的场合实施。的场合实施。 3）控制品质提高较多）控制品质提高较多缺点：缺点：1）F1不固定不固定 2 ）F1+F2总量不定总量不定 3）动态比值较差）动态比值较差 场合：应用较广泛，几

4、种物料直接进反应器受到限制场合：应用较广泛，几种物料直接进反应器受到限制丁烯洗涤塔进料与洗涤水丁烯洗涤塔进料与洗涤水的比值控制系统的比值控制系统例子：例子：KFC洗涤水洗涤水丁烯丁烯3.2.3 双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统在单闭环比值控制系统的基础上，增加了主流在单闭环比值控制系统的基础上，增加了主流 量控制回路量控制回路 F1CF1F2F2CK3.2.3 双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统Gc1Gv1Gp1F1F2 K Gm1GC2Gv2Gp2 Gm23.2.3 双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统 由于主流量控制回路的存在，实现了主流量定值控制，克服了对由于主流量控制回路的存在，

5、实现了主流量定值控制，克服了对主流量的干扰的影响主流量的干扰的影响(例如：主动量供应不足或有较大扰动例如：主动量供应不足或有较大扰动) 另一个优点是，提升主负荷比较容易，缓慢改变主控制器的给定另一个优点是，提升主负荷比较容易，缓慢改变主控制器的给定值。值。 缺点：使用的仪表较多，另外，若主副回路工作频率相近时，缺点：使用的仪表较多，另外，若主副回路工作频率相近时，容易产生共振容易产生共振 二氧化碳F1CF2CK氧气反应器混合例子：例子：3.2.4 其他类型的比值控制系统其他类型的比值控制系统（1）变比值控制系统）变比值控制系统 定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响，定比值控制方案只能克服

6、流量干扰对比值的影响，当其它参数存在对比值系数的扰动时，必须时时修正当其它参数存在对比值系数的扰动时，必须时时修正比值系数，变比值控制比值系数，变比值控制 XCF1F2FfC3.2.4 其他类型的比值控制系统其他类型的比值控制系统主控制器主控制器比值控制器比值控制器控制阀控制阀流量对象流量对象主对象主对象测量变送测量变送测量变送测量变送测量变送测量变送除法器除法器F1XF2XCF1F2FfC氧化炉氧化炉例子：例子：3.2.4 其他类型的比值控制系统其他类型的比值控制系统TCFfC空气空气氧化炉氧化炉预热预热氨气氨气混合硝酸生产中氧化炉的炉温与氨气硝酸生产中氧化炉的炉温与氨气/空气比值的串级控制

7、方案空气比值的串级控制方案3.2.4（2）串级和比值控制组合的系统）串级和比值控制组合的系统 动态比值控制动态比值控制其他类型的比值控制系统其他类型的比值控制系统F1F2KF1CF2CLC(a)F1F2KF1CF2CLC(b)3.3 比值系数的计算比值系数的计算3.3.1 流量与测量信号成线性关系时的计算流量与测量信号成线性关系时的计算max164FFIF2202max201101max10IIIIKIIII 从动流量的测量信号主动流量的测量信号3.3.1流量与测量信号成线性关系时的计算流量与测量信号成线性关系时的计算22m ax1m ax1m ax221112m ax2m ax1m ax16

8、 4 44416 4 4FFFFIFKKFIF FFF max8020FFpF22m ax1m ax1m ax221112m ax2m ax1m ax80 20 20202080 20 20FFFFpFKKFpF FFF 3.3.1流量与测量信号成线性关系时的计算流量与测量信号成线性关系时的计算结论： Fkp22max164FIF 22max8020FpF22221max1max22212max2max()FFFKKFFF3.3.2流量与测量信号成非线性关系时的计算流量与测量信号成非线性关系时的计算3.3.2流量与测量信号成非线性关系时的计算流量与测量信号成非线性关系时的计算3.4 比值控制方

9、案的实施比值控制方案的实施3.4.1 两类实施方案两类实施方案（1）相乘方案）相乘方案FCF1F2比值运算部件：乘法器、比值器、分流器、比率器比值运算部件：乘法器、比值器、分流器、比率器FfC3.4.2比值控制方案实施举例比值控制方案实施举例控制器控制阀流量对象测量变送2测量变送1比值器KI1I1F2F1采用比值器采用比值器1100()IK III比率设定系数比率设定系数 = 比值系数比值系数3.4.2比值控制方案实施举例比值控制方案实施举例 控制器控制阀流量对象测量变送2测量变送1乘法器I0I1I1F2F1I0=K * 16+4 由由K计算出计算出I0 ，再由恒流器给出电流值，再由恒流器给出

10、电流值，K1采用电动仪表乘法器采用电动仪表乘法器101(4)(4)416III114(4)IK I0416IK I0=K * 16+4 由由K计算出计算出I0，再由恒流器给出电流值。，再由恒流器给出电流值。 采用电动仪表除法器采用电动仪表除法器3.4.2比值控制方案实施举例比值控制方案实施举例FCXCI1I2I33.4.3比值控制系统中非线性环节的影响比值控制系统中非线性环节的影响 K正比于静态工作点流量正比于静态工作点流量F0 F0变化，变化，K变化，影响动态质量。变化，影响动态质量。2max()10FIF02max102KFF（1）测量环节的非线性）测量环节的非线性 流量测量时采用差压变送

11、器时，流量与差压为开方关系：流量测量时采用差压变送器时，流量与差压为开方关系：对于对于010mA 解决办法：解决办法：加入开方器，或通过阀特性补偿加入开方器，或通过阀特性补偿补偿办法：通过对数阀特性补偿补偿办法：通过对数阀特性补偿3.4.3比值控制系统中非线性环节的影响比值控制系统中非线性环节的影响（2）除法器的非线性）除法器的非线性 除法器本身就是一个非线环节除法器本身就是一个非线环节比值控制器控制阀流量对象测量变送2除法器测量变送1开方器KF2F13.4.4 比值控制系统中的信号匹配问题比值控制系统中的信号匹配问题 仪表本身一般有统一的量程，如仪表本身一般有统一的量程，如010mA、420mA、0.010.1Mpa 要尽可能在达到最大量程下进行运算而得到较大的精度，要尽可能在达到最大量程下进行运算而得到较大的精度，需要合