第3章 比值控制系统

1、过程控制工程第第3 3章章 比值控制系统比值控制系统第 6 课Process Control EngineeringProcess Control Engineering 北京化工大学信息科学与技术学院自动化系 宿翀 12FFK (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

2、，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，主参数没有闭环，F2不影响不影响F1 副流量系统闭环，稳定副流量，定值控制。副流量系统闭环，稳定副流量，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

3、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。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

4、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 F1CF1F2F2CKGc1Gv1Gp1F1F2 K Gm1GC2Gv2Gp2 Gm23.2.3 双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统3.2.3 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，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 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

5、主副回路工作频率相近时，容易产生共振容易产生共振 F1CF2CK二氧化碳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 XCF1F2FfC主控制器比值控制器控制阀流量对象主对象测量变送测量变送测量变送除法器F1F2X3.2.4 其他类型的比值控制系统其他类型的比值控制系统XCF1F2FfC氧化炉氧化炉例子

6、：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416maxFFIF3.3.1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max2max1max2max112max11max22124416441644

7、FFKFFFFFFFFIIK 2080maxFFpFmax2max1max2max112max11max22122020802020802020FFKFFFFFFFFppK3.3.1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： pkF4162max2FFI 20802max2FFp2max2max122max22max12122)(FFKFFFFK3.3.2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 比值控制方案的实施比值控制方案的实施3.4.1 两类实施方案

8、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，再由恒流器给出电流值，K1采用电动仪表乘法器采用电动仪表乘法器416)4)(4(011III)4(411IKI1640IK 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

9、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。10)(2maxFFI02max210FFK（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

10、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，需要合理调整仪表量程，设置一定的系数需要合理调整仪表量程，设置一定的系数仪表的信号仪表的信号匹配匹配。如：如：K=F2 / F1 =2：1若：若：F2：0100m3/h I2：420mA F1：050 m3/h I1：420mA则：则：I2、I1都满量程变化都满量程变化若：若：F2： 0100m3/h，则：，则：I2： 412