控制系统介绍(分程和比值很好)

自动控制介绍1自动控制理论的发展

40-50年代形成SISO系统（1）18世纪，蒸气锅炉水位调节器和蒸气机离心飞锤式调节器的发明。（2）1932年，奈奎斯特提出频率判据。（3）1948年，伊万思提出根轨迹法。基于：二战军工技术目标：反馈控制系统的稳定基本方法：传递函数，根轨迹法，频率法，PID

调节器(频域)1.1经典控制理论1.2现代控制理论

60-70年代形成MIMO系统基于:冷战时期空间技术，计算机技术目标:最优控制基本方法:状态方程（时域）1.3智能控制技术

90年代开始发展，主要是基于专家系统、模糊控制和神经网络等智能领域的控制技术1.4正在发展的各个领域

近年来，现代控制理论的进展主要集中于自适应控制、大系统理论、H∞鲁棒控制、非线性控制(微分几何，混沌，变结构)及相关课题。储水槽的液位控制要求：静态时，流出量等于流入量，储水槽的液位稳定在一定高度不变。流入管道的压力会影响流入量，负荷改变将影响流出量。为克服扰动，维持液位高度不变，需实时调整阀门开度。调整的方法：液位高于预定高度，增大出口阀门开度。液位低于预定高度，减小出口阀门开度。2自动控制与自动控制系统液位人工控制的信息转换和传递过程眼流入量流出量脑液位相对高低变化信号手阀门开闭及大小信号动作方向及强度信号液位自动控制系统的组成流出量测量流入量控制器液位高度信号执行器动作方向及强度信号阀门开闭及大小信号高度设定信号偏差什么是自动控制？？？自动控制：在无人直接参加的情况下，利用控制装置使被控对象和过程自动地按预定规律变化的控制过程。自动控制系统：是由控制装置和被控对象所组成，它们以某种相互依赖的的方式组合成为一个有机整体，并对被控对象进行自动控制。被控对象控制装置被控量（输出量）测量元件（输入量）给定量-偏差2.2自动控制系统及组成控制系统的任务：

c(t)=r(t)其中c(t)是被控量，r(t)是给定值。3自动控制系统的方框图

在研究自动控制系统时，为了便于分析并直观的表示系统各个组成部分（环节）间的相互影响和信号传递关系，一般采用方框图表示。液位自动控制系统的方框图方块称为环节，系统最基本的环节是控制器、执行器、传感器和被控对象。它是信号的转换单元（功能单元）。带箭头的有向线条代表环节间信息传递的方向，流入环节为输入信号，流出环节为输出信号。图中带箭头的作用线表示信号的传递方向，不代表实际物料的流动方向。扰动4自动控制系统的分类按系统的结构形式分类按给定值的变化形式分类按系统的特性（数学模型）分类按系统信号流的形式分类按系统变量的多少分类4.1按系统的结构形式分类

（1）开环控制系统输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现；组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高；系统的稳定性不是主要问题；主要特点：控制方式：按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。开环控制系统：就是控制量与输出量之间仅有前向通路而无反馈通路（即输出量不能对控制量产生影响）。直流电动机转速系统开环控制系统的优点：对元器件要求较高、抗干扰能力差，无法自动补偿系统干扰对被控量带来的影响。系统信息传递没有形成闭合回路，被控量不对控制作用产生影响所以，结构相对较简单、维护容易、成本低、不存在稳定性问题。原则上，被控量的控制精度取决于系统各环节的精度，多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合,如自动售货机，自动报警器，自动流水线等。开环控制系统的缺点：按扰动补偿

这种控制方式的原理是：利用对扰动信号的测量产生控制作用，以补偿扰动对输出量的影响。由于扰动信号经测量装置，控制器至被控对象的输出量是单向传递的，故属于开环控制方式。对于不可测扰动以及被控对象及各功能部件内部参数变化给输出量造成的影响，系统自身无法控制。因此，控制精度有限，常用于工作机械的恒速控制（如稳定刀具转速）以及电源系统的稳压，稳频控制。控制器被控制对象测量装置补偿调节器干扰被控量(2)闭环控制系统输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；低精度元件可组成高精度系统；因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要。闭环控制：是指系统的信息传递形成闭合回路。也称反馈控制系统。主要特点：反馈控制，反馈按反馈极性的不同分成两种形式：正反馈，负反馈。我们所讲述的反馈系统如果无特殊说明，一般都指负反馈。控制方式：带速度反馈的直流电动机转速系统闭环控制系统的优点：系统的输出（被控量）经反馈通道形成反馈信号，回送到输入端和给定信号生成偏差信号，影响控制作用。因此控制精度受环节的转换精度较小。由于存在反馈通道，系统总是力图维持系统输出（被控量）等于给定值，因此对干扰具有极强的补偿和修正作用。由于干扰对系统输出的影响需经一定时间才能逐渐反应出来，控制作用对干扰作用有时间滞后。控制过程可能产生振荡。结构复杂、维护不易、可能存在稳定性问题。闭环控制系统的缺点：温控系统——人工控制

控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。

控制过程：温控系统——自动控制

控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。控制过程：(3)

复合控制系统复合控制：是指把按偏差控制和按扰动控制相结合的控制系

统。能够抑止强干扰；结构复杂主要特点：同时采用反馈控制(按偏差控制)和开环控制(按扰动控制)两种控制形式。控制方式：控制器被控对象补偿器检测装置干扰被控量给定值－受控对象：加热炉控制任务：

保持炉温T恒定。被控量：炉温T干扰：燃油压力波动，控制部件：燃油管阀门测量元件：温度检测计，流量检测器环境温度变化，物流量改变FTFY+物料流量扰动物料加热对象温度检测燃油阀门TC-+物料加热设定温度物料温度反馈控制的作用可补偿环节的转换误差及非主要扰动的影响。前馈控制是一种开环控制，它能在主要扰动发生的同时立即产生相应的控制作用。对改善控制品质有明显效果。前馈控制的效果与前馈补偿装置的精度有关，前馈补偿装置的精度取决于通道数学模型的精确性。（1）定值控制系统Timer（t）其中r（t）给定值，c（t）被控量。定值控制系统：也称恒值控制系统。输出量以一定的精度等于给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢，扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒温系统，石油部门的恒压系统等。

c（t）＝

r（t）＝const4.2按给定值的变化形式分类（2）随动控制系统Timer（t）r（t）为未知时间函数。随动系统：输出量能以一定精度跟随给定值变化的系统称随动系统，又称为跟踪系统。这类系统的特点是系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时间函数。例如，火炮系统，卫星控制系统等。

c（t）＝

r（t）（3）程序控制系统Timer（t）t1t2r（t）为已知时间函数。程序控制系统：自动控制系统的被控制量如果是根据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制系。例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道导弹的程序控制系统、电梯升降控制、退火炉的炉温控制等。

c（t）＝

r（t）（1）线性控制系统如果系统的特性可用线性微分(或差分）方程描述，即系统中各环节的特性都呈线性关系，则称此系统为线性控制系统。4.3按系统的特性（数学模型）分类TfcdtdcJ=+

线性系统的主要特征是满足叠加原理，即：当系统在输入信号r1(t)的作用下产生系统的输出c1(t)，当系统在输入信号r2(t)的作用下产生系统的输出c2(t)。如果系统的输入信号为

ar1(t)+br2(t)则系统的输出满足

ac1(t)+bc2(t)系数a、b可以是常数，也可以是时变参数。这样的系统称为线性系统。r1(t)r2(t)系统1c1(t)系统2c2(t)系统ar1(t)+br2(t)ac1(t)+bc2(t)如果描述线性系统运动状态的微分方程（或差分）方程的系数是常数且不随时间变化，则这种线性系统称为线性定常（或时不变）系统。如果描述线性系统运动状态的微分方程（或差分）方程的系数是时间的函数，则这种线性系统称为线性时变系统。tcdtdxb(=+dt2d2xa+)20xdtdx=+dt2d2xa+(x2-1)0x3dtdx=+dt2d2xa+x+txdtdxb=+dt2d2xa+txdtdxb=+dt2d2xa(t)+(2)非线性控制系统

当系统中存在非线性特性的组成环节或元件，系统的特性就由非线性方程描述，这种系统即为非线性系统。非线性系统不具备叠加性。（1）连续控制系统

系统中个部分的信号都是时间变量的连续函数。连续系统的运动状态或特性用微分方程描述。用模拟式仪表实现自动化的过程控制系统均属此类系统。4.4按系统信号流的形式分类（2）离散控制系统受控对象保持器D/A计算机A/D测量系统某处或多处的信号为时间上离散的脉冲序列或数码形式时，该系统为离散控制系统。离散控制系统用差分方程描述。（1）单变量系统

单变量系统也称作单输入单输出系统，其输入量和输出量都为1个，系统结构较为简单。4.5按系统变量的多少分类（2）多变量系统

单变量系统也称作多输入多输出系统，其输入量和输出量多于1个，系统结构较为复杂。分类小结îíì闭环系统开环系统按结构形式.1ïîïíì随动系统程序控制系统恒值控制系统按给定值的变化形式.2îíì非线性系统线性系统按数学模型.3îíì离散系统连续系统按信号流的形式.4îíì多变量系统单变量系统按系统变量的多少.55自动控制系统性能指标5.1基本性能要求为了实现自动控制的基本任务，必须对系统在控制过程中表现出来的行为提出要求。对控制系统的基本要求，通常是通过系统对特定输入信号的响应来满足的。例如，用单位阶跃信号的过渡过程及稳态的一些特征值来表示。在确保稳定性的前提下，要求系统的动态性能和稳态性能好，即：动态过程平稳（稳定性）；响应动作要快（快速性）；跟踪值要准确（准确性）；（1）控制系统的“稳态”和“动态”稳态：被控量不随时间变化的平衡状态动态：被控量随时间变化的不平衡状态由于存在干扰，控制系统的正常运行状态总是“稳态”和“动态”间交叉运行。稳定性(稳)、快速性(快)、准确性(准)(1)“稳”与“快”是说明系统动态（过渡过程）品质。系统的过渡过程产生的原因：系统中储能元件的能量不可能突变。(2)“准”是说明系统的稳态（静态）品质。(3)稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件。线性控制系统的稳定性由系统本身的结构与参数所决定的，与外部条件和初始状态无关。（2）自动控制系统性能指标①延迟时间

响应曲线第一次达到稳态值的一半所需时间。②上升时间

从稳态值的10%上升到90%所需时间。（对欠阻尼系统常采用0-100%）③峰值时间响应曲线达到过调量的第一个蜂值所需的时间。dtrtpt评价系统的响应速度④超调量(最大偏差)%100)()()(%´¥¥-=ccpcps输出最大值与输出稳态值的相对误差。反映了系统的平稳性。超调量越小，则说明系统过渡过程越平稳。⑤调节时间(过渡过程时间)st系统的输出量进入并一直保持在稳态输出值附近的允许误差带内所需的时间。允许误差带宽度一般取稳态输出值的2%或5%。调节时间的长短反映了系统的快速性。调节时间越小，系统的快速性越好。

评价系统的阻尼程度同时反应响应速度和阻尼程度的综合指标⑥衰减率%100×-=ΦB1B3B1系统输出的第一个波动峰值B1到第三个波动峰值B3的衰减百分数。它表示系统输出响应过程振荡衰减的程度。

⑦振荡次数在调节时间内，输出量在稳态值附近上下波动的次数。它也反映系统的平稳性。振荡次数越少，说明系统的平稳性越好。

当系统从一个稳态过渡到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为稳态误差。

系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度和抗扰动的能力。稳态误差越小，则系统的稳态精度越高。⑧稳态误差sse)(1¥-csse＝有差系统（图a）若稳态误差不为零，则系统称为有差系统。无差系统（图b）若稳态误差为零，则系统称为无差系统。小结1.开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开环控制是有利的。当扰动量无法预计或控制系统的精度达不到预期要求时，则应采用闭环控制。2.闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠反馈环节进行自动调节，以克服扰动对系统的影响。闭环控制极大地提高了系统的精度。但是闭环使系统的稳定性变差，需要重视并加以解决。3.自动控制系统通常由给定环节、检测环节、比较环节、放大元件、被控对象、和反馈环节等部件组成。系统的作用量和被控量有：给定量、反馈量、扰动量、输出量和各中间变量。

4.结构图（又简称框图）可直观地表达系统各环节（或各部件）间因果关系，可以表达各种作用量和中间变量的作用点和信号传递情况以及它们对输出量的影响。5.在不同输入量作用下，对系统的输出量的要求，揭示出反馈控制系统的本质特征：输出跟随输入。6.对自动控制系统的性能指标要求有：稳定性——系统能工作的首要条件；快速性——用系统在暂态过程中的响应速度和被控量的波动程度描述；准确性——用稳态误差来衡量。单变量与多变量控制系统按照控制系统变量的多少分为：1、单回路控制系统；2、复杂控制系统（多变量控制）a)串级控制系统b)均匀控制系统c)比值控制系统d)分程控制系统e)选择性控制系统（超驰）f)前馈控制系统简单控制系统概述被控变量的选择操纵变量的选择控制器控制规律的选择及参数整定控制规律的选择控制器参数的工程整定

简单控制系统定义简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统，也称单回路控制系统。液位控制温度控制系统常见被测变量有分析A温度T液位L流量F压力P位置Z速度或频率S等等，不一一列举。简单控制系统的组成简单控制系统的方块图简单控制系统的组成简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。简单控制系统的设计被控变量的选择操作变量的选择测量元件特性的影响控制器控制规律的选择被控变量的选择生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量称为被控变量。被控变量的界定它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的作用，而人工操作又难以满足要求的；人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是既紧张而又频繁的。被控变量的分类（按照与生产过程的关系）直接指标控制：被控变量本身就是需要控制的工艺指标，如温度、压力、流量、液位、成分等。间接指标控制：选取与某关键指标直接相关的另一变量。精馏过程示意图从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。原因：在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔操作在规定的压力下，才易于保证塔的分离纯度，保证塔的效率和经济性。在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基本上是不变的，这样各层塔板上的温度与组分之间就有一定的单值对应关系。所选变量有足够的灵敏度。被控变量的选择原则①被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量。②被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响而变化。为维持其恒定，需要较频繁的调节。③尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。被控变量的选择原则④被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。⑤选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。⑥被控变量应是独立可控的。操纵变量的选择在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。最常见的操纵变量是介质的流量。

通过工艺分析确定操作变量系统的干扰操纵变量的选择如果根据工艺要求，选择提馏段某块塔板（一般为灵敏板）的温度作为被控变量。操纵变量的选择影响提馏段灵敏板温度T灵的因素主要有：进料的流量（Q入）、成分（x入）、温度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液温度（T回）、加热蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷却温度及塔压等等。影响提馏段温度各种因素示意图通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。操纵变量的选择干扰变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定值；操纵变量由控制通道施加到对象上，使被控变量回复到给定值，起着校正作用。干扰通道与控制通道示意图对象静态特性的影响-放大系数K控制通道的放大系数-适当范围干扰通道的放大系数，越小越好对象动态特性的影响时间常数控制通道：不能太大干扰通道：大些有利于控制纯滞后控制通道：不利于控制干扰通道：不影响控制质量操纵变量的选择原则①操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。②操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。③在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产的经济性。测量元件特性的影响-时间常数测量元件，特别是测温元件，由于存在热容和热阻，时间常数较大，会造成测量滞后。解决方法：使用惰性小的快速测量元件适当引入微分作用，补偿动态误差测量元件的时间常数小于对象的1/10时，对系统的控制质量影响不大。测量元件特性的影响-纯滞后测量元件的纯滞后会严重影响控制质量信号的传递滞后，气动管线测量信号传送滞后控制信号传送滞后解决方案尽量缩短信号传递距离，气压信号不超过300m，管道直径不小于6mm用阀门定位器、气动继动器尽量采用电信号，气-电转换器控制规律的选择目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律:比例控制规律P、比例积分控制规律PI和比例积分微分控制规律PID。比例控制器

特点：控制器的输出与偏差成比例,阀门位置与偏差之间有一一对应关系。当负荷变化时,比例控制器克服干扰能力强,过渡时间短。纯比例控制器在过渡过程终了时存在余差。适用场合：调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。如中间贮槽的液位，精馏塔塔釜液位及要求不高的蒸汽压力控制系统等。比例积分控制器特点：积分作用使控制器输出与偏差的积分成比例,过渡过程结束时无余差。但使稳定性降低。适用场合：调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。如流量、压力和严格的液位控制系统。比例积分微分控制器特点：微分作用使控制器的输出与偏差变化速度成比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性,再加上积分作用可以消除余差。适用场合：容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统。如温度控制系统和成分控制系统。控制器正、反作用的确定自控系统是具有被控变量负反馈的闭环系统，控制作用对被控变量的影响应与干扰作用对被控变量的影响方向相反。目标：确保控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。控制器正、反作用的确定测量元件与变送器，正？执行器的正（气开）、反（气关）主要从工艺角度考虑对象的正、反作用操纵变量增加时，被控变量也增加为正操纵变量增加时，被控变量减少为负控制器的正、反作用：给定信号不变，被控变量测量值增加时，控制器输出增加，为正作用；反之为反作用。控制器正、反作用的确定控制器的正、反作用的确定：构成负反馈的闭环系统。只需把测量信号与给定信号互换即可实现控制器正、反作用的切换控制器参数的工程整定按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。满意解与最优解工程整定方法理论计算法工程整定法几种常用的工程整定法按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。即确定最合适的控制器比例度δ、积分时间TI和微分时间TD。1.临界比例度法先通过试验得到临界比例度δk和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。控制器控制规律的原则及参数整定临界振荡过程

特点比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。对于临界比例度很小的系统不适用。对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用。衰减曲线法通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。

4∶1和10∶1衰减振荡过程控制器控制规律的原则及参数整定在闭环的控制系统中，先将控制器变为纯比例作用，并将比例度预置在较大的数值上。在达到稳定后，用改变给定值的办法加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰减比，然后从大到小改变比例度，直至出现4∶1或10∶1衰减比为止。通过比例度δs

和衰减周期TS,得到控制器的参数整定值。控制器控制规律的原则及参数整定（1）加的干扰幅值不能太大，要根据生产操作要求来定，一般为额定值的5％左右，也有例外的情况。（2）必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰，否则得不到正确的δS

、TS或δS′和T升值。（3）对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到4∶1衰减曲线比较困难。一般以被控变量来回波动两次达到稳定，就可以近似地认为达到4∶1衰减过程了。经验凑试法根据经验先将控制器参数放在一个数值上，直接在闭环的控制系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，运用δ、TI、TD对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度δ、积分时间TI和微分时间TD逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。经验凑试法的整定步骤（1）先用纯比例作用进行凑试，待过渡过程已基本稳定并符合要求后，再加积分作用消除余差，最后加入微分作用是为了提高控制质量。关键看曲线，调参数。控制器控制规律的原则及参数整定三种振荡曲线比较图

比例度过大、积分时间过大时两种曲线比较控制器控制规律的原则及参数整定比例度过小b、积分时间过小a或微分时间过大c，产生的周期性激烈振荡。如果比例度过大或积分时间过大，过渡过程变化缓慢的情形。特点方法简单，适用于各种控制系统。特别是外界干扰作用频繁，记录曲线不规则的控制系统，采用此法最为合适。此法主要是靠经验，在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时，往往较为费时。控制器控制规律的原则及参数整定控制系统的投运及操作中的

常见问题、控制系统的投运1.准备工作•对于工艺人员与仪表人员来说……•对于仪表人员来说……

要重视！控制系统的投运及操作

中的常见问题2.仪表检查投运前要在现场校验仪表一次,确认正常后可考虑投运。对于控制记录仪表,除了要观察测量指示是否正常外,还特别要对控制器控制点进行复校。控制系统的投运及操作

中的常见问题3.检查控制器的正、反作用及控制阀的气开、气关型式控制好控制器的正、反作用，是确保整个自动控制系统成为负反馈闭环系统的重要一环。正作用？反作用？控制器正、反作用开关示意图控制系统的投运及操作

中的常见问题.加热炉出口温度控制系统为了在控制阀气源突然断气时,炉温不继续升高,采用了气开阀(停气时关闭),是“正”方向。炉温是随燃料的增多而升高的,以炉子也是“正”方向作用的。变送器是随炉温升高,输出增大,也是“正”方向。所以控制器必须为“反方向”,才能当炉温升高时,使阀门关小,炉温下降。加热炉出口温度控制控制系统的投运及操作

中的常见问题液位控制系统液位控制控制阀采用了气开阀,在一旦停止供气时,阀门自动关闭,以免物料全部流走,故控制阀是“正”方向。当控制阀打开时,液位是下降的,所以对象的作用方向是“反”的。变送器为“正”方向。这时控制器的作用方向必须为“正”才行。控制系统的投运及操作

中的常见问题控制阀的投运

控制阀安装示意图1—上游阀；2—下游阀；3—旁路阀；4—控制阀控制系统的投运及操作

中的常见问题开车时的两种操作步骤：一种是先用人工操作旁路阀,然后过渡到控制阀手动遥控;另一种是一开始就用手动遥控。控制系统的投运及操作

中的常见问题当由旁路阀手工操作转为控制阀手动遥控时,步骤如下:①先将截止阀1和截止阀2关闭,手动操作旁路阀3,使工况逐渐趋于稳定;②用手动定值器或其他手动操作器调整控制阀上的气压P,使它等于某一中间数值或已有的经验数值;③先开上游阀1,再逐渐开下游阀2,同时逐渐关闭旁路阀3,以尽量减少波动(亦可先开下游阀2);④观察仪表指示值,改变手动输出,使被控变量接近给定值。控制系统的投运及操作

中的常见问题远距离人工控制控制阀叫手动遥控,可以有三种不同的情况:①控制阀本身是遥控阀,利用定值器或其他手动操作器遥控;②控制器本身有切换装置或带有副线板,切至“手动”位置,利用定值器或手操轮遥控;③控制器不切换,放在“自动”位置,利用定值器改变给定值而进行遥控。但此时宜将比例度置于中间数值,不加积分和微分作用。控制系统的投运及操作

中的常见问题5.控制器的手动和自动的切换通过手动遥控控制阀,使工况趋于稳定以后,控制器就可以由手动切换到自动,实现自动作。要求：平稳、迅速，实现无扰动切换。控制系统的投运及操作

中的常见问题6.控制器参数的整定不管采用哪种方法进行整定,所得到的自动控制系统,在正常工况下,由于经常受到各种扰动,被控变量不可能总是稳定在一个数值上长期不变。如果出现记录曲线是一条直线或一个圆,就要检查一下测量记录仪表有否故障,灵敏度是否足够等。控制系统的投运及操作

中的常见问题一、控制系统操作中的常见问题1.控制系统间的相互干扰及克服办法精馏塔控制系统之间的干扰精馏塔两个温度控制系统之间相互干扰控制系统的投运及操作

中的常见问题压力和流量控制系统之间的干扰负荷分配系统控制系统的投运及操作

中的常见问题解决方案可以通过控制器参数整定,将两个控制系统的动态联系削弱,使其能正常工作。采取这种措施后,保证了主要被控变量的稳定，而次要变量的控制质量会有所降低。从自动化角度出发,尚可设计较为复杂一些的去关联控制系统,通过引入一些特殊的去关联环节来消除相互间的影响。从工艺上消除关联也是一个极为有效的措施。控制系统的投运及操作

中的常见问题.测量系统的故障及判别方法发现工艺参数的记录曲线出现异常情况时,首先要分析情况,判别其原因,这是正常操作的前提之一。判别的方法：(1)记录曲线的分析比较①记录曲线突变。②记录曲线突然大幅度变化。③记录曲线出现不规则变化。④记录曲线出现等幅振荡。⑤记录曲线不变化,呈直线状(或圆状)。控制系统的投运及操作

中的常见问题不规则变化的记录曲线记录曲线的等幅振荡控制系统的投运及操作

中的常见问题（2）控制室仪表与现场同位仪表比较（3）两台仪表之间的比较控制系统的投运及操作

中的常见问题3.控制系统运行中的常见问题出现问题时，除了要考虑前面所讲的测量系统可能出现的故障以外,特别要注意被控对象特性的变化以及控制阀特性变化的可能性,要结合仪表和工艺两个方面去找原因。针对适应对象特性的变化,一般可以通过重新整定控制器参数,以获得较好的控制质量。串级控制系统

4-1概述

一﹑串级控制系统的组成常用的设备中有一种叫管式加热炉,工艺要求被加热原料在炉的出口温度保持恒定.单回路控制系控制阀出口温度燃料油原料油设定值测量值变送器控制量但此方案的实际控制效果并不理想,统的方案如下图.原因是,影响燃料油流量除阀门开度外,油压也对流量产生影响,而此影响使被控量即出口温度发生变化后,控制器才改变阀的开度,使流量产生相应的变化以克服油压变化这一干扰因素.但由于燃料油要经过管道传输﹑燃烧传热等一系列环节,总滞后较大,导致控制作用不及时,尤其当燃料油压力变化较大且频繁时,将使系统偏差增大控制质量显著降低.

既然燃料油压力变化是主要干扰,且其对出口温度影响滞后较大,则是否能通过控制燃料油流量来间接达到控控制阀出口温度燃料油原料油设定值测量值变送器控制量制出口温度的目的?给出下图控制方案.此方案的优点在于能及时有效地克服燃料油压力的干扰,使流量的波动对出口温度的影响降到最低程度.此方案的缺点是出口温度不是被控量,燃料油流量是间接被控量,这就要求燃料油流量对出口温度有足够的灵敏度且两者间有一一对应的关系.但影响出口温度的还有燃料油的热值﹑炉膛的压力(影响燃烧所需的空气含氧量)﹑原料油入口温度及入口流量等诸多因素,且当上述因素引起出口温度变化时,由于出口温度未反馈到系统的输入端,故此方案无法克服上述因素的干扰将温度调节到理想状态.

上面两种方案各有优缺点,下图是把两种方案结合起来的一种控制方案.控制阀出口温度燃料油原料油控制量流量测量值流量变送器温度设定值温度测量值温度变送器在此方案中,用温度控制器的输出作为流量控制器的设定值由流量控制器的输出去调节燃料油的流量.从结构上看,其特点是两个控制器串接使用故此方案可叫加热炉出口温度与燃料油流量的串级控制系统.由结构示意图可画出其方框图.为便于对串级控制系统的控制阀出口温度燃料油原料油温度测量值温度变送器温度设定值流量测量值流量变送器控制量温度对象流量对象控制阀流量控制器温度控制器流量检测变送器温度检测变送器工作原理进行定性分析,先给出串级控制系统的一些常用名词术语.主变量:起主导作用,关系到产品产量﹑质量和操作安全的被控量如炉出口温度主变送器:检测和变送主变量的变送器.副变量:为稳定主变量或因某种需要而引入的辅助变量如燃料油流量副变送器:检测和变送副变量的变送器.主控制器:按主变量的测量值与设定值的偏差进行工作的控制器,如温度控制器.副控制器:按副变量的测量值与主控制器的输出值即副控制器的设定值之间的偏差进行工作的控制器,如流量控制器.主对象:主变量所处的那部分工艺设备,其输入信号为副变量,输出信号为主变量,如温度对象.副对象:副变量所处的那部分工艺设备,其输入信号为操纵量,输出信号为副变量,如流量对象.主回路:在串级控制系统方框图中,处于外环(也叫主环)的整个闭合回路.副回路:串级控制系统方框图中的内环(也叫副环),有时也称随动回路.一次干扰:作用在主对象上的干扰,如二次干扰:作用在副对象上的干扰,如应用上述名称和术语,可得一般串级控制系统的如下方框图主对象副对象控制阀副控制器主控制器副变送器主变送器副回路主回路分程控制系统在单回路、串级、前馈等系统中调节器只控制一个执行器动作。A气关阀，B气开阀。在某些生产过程中，一个调节器，分别控制两个或以上的执行器工作。每个执行器在调节器部分范围内全行程动作。

这样的系统叫分程控制系统0.02100%0控制器输出阀门开度0.10MPaA0.02100%0控制器输出阀门开度0.10MPaB

分程控制系统1分程控制系统概述2分程控制的实现3分程控制的应用4分程控制系统的设计与控制器参数的整定1分程控制系统概述例:

一般反应釜内化学反应,开始阶段放热的,中期和后期是吸热的。反应釜温度要求稳定，先预热，开始反应时要冷却，中期和后期要加热。在开始和中期、后期需要采用不同控制变量即不同控制阀。TTTC原料冷却水蒸汽BA反应釜变送器TT控制器TC控制阀A对象Sp控制阀B预热：加热，阀A动作。反应开始，冷却，阀B动作。反应后面阶段，加热，阀A动作。即在控制器整个输出信号区间，控制两个控制阀在信号区间的不同区段工作。控制器的输出信号分成两段。称为分程控制系统TTTC原料冷凝水蒸汽BA反应釜变送器TT控制器TC控制阀A对象Sp控制阀B分程控制系统：

一台控制器的输出可以同时控制两只或两只以上的控制阀，控制器的输出被分割成若干个信号范围段，而每一段信号去控制一只控制阀全程工作。

注：一台控制器的输出同时控两只或两只以上的控制阀，每只控制控制阀在不同条件下在控制器输出全程上工作，不是分程控制系统。0.02100%0控制器输出阀门开度0.10MPaA0.06B(a)两阀气开式0.10MPa(b)两阀气闭式分程控制系统根据控制阀开、闭形式和分程区段的不同，可以分为两类四种情况：（A）两个控制阀同向动作0.020.10MPa0.06100%0控制气压阀门开度0.020.06100%0控制气压阀门开度（B）两个控制阀异向动作(c)气开气闭式(d)气闭气开式0.020.10MPa0.06100%0控制气压阀门开度0.020.10MPa0.06100%0控制气压阀门开度0.02100%0控制器输出阀门开度0.10MPaA0.02100%0控制器输出阀门开度0.10MPaBAB分程控制的实现是通过控制阀的附件，即阀门定位器来实现的。阀门定位器：是调节阀的一种辅助装置，与调节阀配套使用。作用机理：输入信号：控制器输入信号输出：阀杆位移将调节阀的阀杆位移信号反馈到阀门定位器的输入端而构成一个闭环随动系统。2分程控制的实现%气动调节阀结构简图公称直径Dg阀座直径dg根据需要不同的控制区段，调节阀门定位器零点或反馈凸轮，实现其在分程区段全行程工作。例如：要求控制阀在0.02~0.06MPa区段全行程工作。调节阀门定位器调整0.06MPa时其对应输出为100%开度(0.10MPa)，则控制阀全行程工作。如果要求0.06MPa~0.1MPa区段，则阀门定位器调整使得0.06MPa为开始工作压力(0.02MPa)。一、扩大系统控制的可调范围0.020.10MPa0.06100%0控制气压阀门开度蒸汽减压系统分程控制方案高压蒸汽供水PC中压蒸汽例：蒸汽减压系统：控制阀可调范围R为30。当选用大流量阀，则对小流量不敏感。选小流量阀，不能调节大流量。这时采取控制阀并联工作。3分程控制的应用R=Cmax/Cmin设：A、B两阀最大流通能力Cmax均为100，可调范围

R为30。

R=Cmax/Cmin

总流通能力：C′max

=CAmax+CBmax

=2Cmax=200

Cmin=Cmax/R=100/30=3.33R′=C′max/Cmin=200/3.33=60结论：采用两只流通能力相同的控制阀构成分程控制系统，其控制阀可调范围R比单只控制阀进行控制时的可调范围扩大一倍。思考：当A、B两阀最大流通能力C1max=4，C2max=100，可调范围R为30,并联分程工作。系统的可调范围是多少？

二、用于控制两种不同的介质，以满足生产工艺的要求例如：间歇反应器工作原理：1.按配比配好原料并放入反应器，开始时温度达不到反应要求，需对其通以蒸汽加热，诱发化学反应；2.当达到反应温度并开始反应后，会产生大量的反应热，需及时地移走热量，否则会因温度过高而发生危险。例：间歇式化学反应器分程控制系统VA：冷却水，气闭VB：蒸汽，气开TC：反作用TC冷却水蒸汽AB开始反应时，蒸汽加热。反应进行时，冷却水冷却。思考：两个控制阀对调节器正反作用选择有没有影响？0.020.10MPa0.0580.062100%0阀门开度ABVA：气闭VB：气开TC：反作用TC冷水蒸汽AB1.反应开始前升温阶段→T测<给定值→TC↑→A阀↓→(A阀全关时)B阀↑→蒸汽加热，T↑→达到反应温度时，反应开始；2.反应开始后T↑→T测>给定值→TC↓→B阀↓(B阀全关时)A阀↑→T↓，冷却水把反应热带走，使反应釜温度恒定，反应继续进行。三、用作生产安全的防护措施分析：油罐要保持一定压力氮气，注、放油时要保持压力。

A阀（充氮气）采用气开式，B阀（放空）为气闭式，控制器为反作用。（1）向油罐注油时P↑→PC↓(<0.06MPa)→A阀全关、B阀开→P↓；（2）从油罐抽油时P↓→PC↑(>0.06MPa)→B阀全关、A阀开→P↑。油罐氮气封分程控制系统0.020.10MPa0.0580.062100%0阀门开度BA放空BA氮气PCP四、用于节能控制。

例：某工业生产过程中，利用工业废水（热水）和蒸汽对热交换器进行加热。当热水加热不能满足时，用蒸汽加热。

控制阀A，B采用气开式，调节器为反作用。

充分利用工业废水加热，节省能源。0.020.10MPa0.06100%0控制气压阀门开度AB五、用于环保工业生产中，比如造纸，印染，乙烯生产等过程中会产生很多废液。不能直接排放，必须进行处理。其中一步是对废液进行酸碱中和处理。测量PH值，酸度越大，则控制阀输出越大。

控制阀A气关式，Ｂ气开式。调节器反作用。0.020.10MPa0.0580.062100%0阀门开度AB复习:分程控制系统

1、一台控制器控制两只或两只以上的控制阀，控制器信号被分割成若干个信号范围段，而每一段信号去控制一只控制阀全程工作。0.02100%0控制器输出阀门开度0.10MPaA0.06B变送器控制器控制阀A对象Sp控制阀B0.02~0.060.06~0.10在一个控制信号下，最多只有一个控制阀工作。2、分程控制是通过阀门定位器来实现的。阀杆位置跟随气压输入信号。3、分程控制的应用√扩大系统控制的可调范围-蒸汽减压系统√用于控制两种不同的介质-间歇式化学反应器√用作生产安全的防护措施-油罐的氮气压力控制√用于节能控制-工业废水用于热交换器√用于环保-废液的PH中和控制4分程控制系统的设计与控制器参数的整定一、分程控制系统的设计1.确定控制阀的开、闭形式：从生产安全的角度考虑。2.决定分程区域：分程区域根据生产的要求和工艺的特点来考虑。3.控制器的正反作用和控制规律选择：与单回路控制系统设计方法一样。a）蒸汽减压系统：控制阀A、B应选气开阀，则控制器为正增益，反作用。b）假如A、B阀为同口径或相近口径，线性阀，分程区域可以等分。0.020.10MPa0.06100%0阀门开度1、控制阀的开闭形式与分程区间的确定高压蒸汽中压蒸汽供水PCABGm(S)蒸汽管中压对象GVA(S)GC(S)GVB(S)++++PspAB控制气压流量特性图：0.020.10MPa0.060控制气压管路流量AB0.020.10MPa0.06100%0阀门开度AB控制气压分程控制图：a）间歇式化学反应器：A阀应选气闭阀，则控制器应为反作用；B阀应选气开，控制器也应为反作用。b）分程区域：为了保证安全，不使反应器温度过高，能源中断时冷水阀应该打开，所以A阀应在小信号段，B阀在高信号段。-0.020.10MPa0.06100%0控制气压阀门开度ABTC冷水蒸汽ABGm(S)GVA(S)GC(S)GVB(S)减温对象加温对象+-+TTsp+Gm(S)GVA(S)GC(S)GVB(S)充氮对象放空对象+-++-a）油罐氮气封压力控制系统：控制阀A应选气开阀，则控制器应为反作用，B阀应选气闭。b）分程区域：为了保证安全，不使贮罐压力过高，能源中断时氮气阀A应该关闭，放空阀B打开，所以B阀应在小信号段，A阀在高信号段。BA氮气PC0.020.10MPa0.0580.062100%0阀门开度BAPPspP关于A、B两阀的分程区域的进一步讨论

分程区域中间可以存在的间歇区：作用：可以避免两阀的频繁开闭，以有效地节省氮气。一般地贮罐顶部空隙较大，压力对象时间常数大，而压力控制的精度要求不高，存在一个间歇区是允许的。0.020.10MPa0.0580.062100%0阀门开度BA间歇区几个相关问题：控制阀泄漏问题：尤其是大、小阀并联分程控制时，要保证大阀在关闭时泄露要小，不然小阀不起作用。

控制阀流量特性选择：除考虑对象特性外，更应注意在分程点处控制阀的控制切换要平滑。二、控制器参数的整定分程控制系统有两只控制阀:

如两个控制阀对应对象特性比较接近、控制阀也相同时：可按单回路系统一样来整定某一回路的控制器参数；

若两个通道的特性不一样，相差很大：可采取折衷的办法，选择一组合适的控制器参数，使之能兼顾两个通道特性。小结：分程控制系统分程控制系统概述

两个控制阀在控制器一个区段全程工作分程控制的实现

阀门定位器实现分程控制的应用

改善控制阀调节范围、实现两种介质控制、用于安全防护、节能、环保等多个方面分程控制系统的设计与控制器参数的整定

设计：开闭形式；分程区域；正反作用形式。整定：兼顾两个通道进行参数整定。比值控制系统1概述

2比值控制系统的类型3比值系数的计算

4比值控制方案的实施

5比值控制系统的投运和整定

6比值控制系统的其它问题

概述比值控制系统（流量比值控制系统）：实现两个或两个以上参数符合一定的比例关系的控制系统。主动量（主流量）：需要保持比值关系的两种物料中，处于主导地位物料，称之为主动量（主流量）。从动量（副流量）：按主物量进行配比变化的物料，在控制过程中随主物料而变化，称之为从动量（副流量）。

比值控制系统就是要实现副流量F2与主流量F1

成一定的比值关系:

K=

F2—为副流量，F1—为主流量F2F1

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

其它类型的比值控制系统

开环比值控制系统FCSp.F1F2F2控制器对象控制阀变送器F1原理图方框图

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将跟着变化，满足F2=K*F1的要求。特点：由于系统是开环的，对副流量F2的波动无法克服，比值精度低。适用场合：适用于副流量较平稳且比值关系要求不高的场合，生产上很少用。

单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统是为了克服开环比值系统存在的不足，在开环比值控制系统的基础上，增加一个副流量的闭环控制系统。即实现副流量跟随主流量变化而变化，又可克服副流量本身干扰对比值的影响。FCSp.F1F2KF2变送器F1变送器控制器控制阀对象K单闭环比值控制系统与串级控制系统的区别：单闭环比值控制系统的主流量相当于串级控制系统的主参数，而主流量没有构成闭环系统，F2的变化并不影响到F1。该系统存在的问题：1.由于主流量不受控制，所以总物料量不固定，不适合负荷变化幅度大的场合。

2.无法保证动态比值。

丁烯洗涤塔进料与洗涤水比值控制KFC洗涤塔丁烯含乙腈的洗涤水洗涤水含乙腈的丁烯馏分FCSp.F1F2K

丁烯洗涤塔进料与洗涤水比值控制KFC洗涤塔丁烯含乙腈的洗涤水洗涤水含乙腈的丁烯馏分FCSp.F1F2K

双闭环比值控制系统Sp.F2KF1CF2CF1F1变送器控制器控制阀主对象KF2变送器控制器控制阀副对象--1、双闭环比值控制系统是克服单闭环比值控制系统主流量不受控，生产负荷在较大范围内波动的不足，在单闭环比值控制系统的基础上，增设了主流量控制回路，克服了主流量干扰的影响。2、实现精确的流量比值关系（动态比值），确保两物料总量基本不变。3、提降负荷比较方便，只需缓慢主流量控制器的给定，就可以提降主流量，副流量自动跟踪提降，并保持比值不变。存在问题：需要防止共振的产生。

其它类型的比值控制系统1.变比值控制系统定义：按照一定的工艺指标自行修正比值系数的变比值控制系统，也称串级比值控制系统。注意：第三参数必须可连续的测量变送，否则系统将无法实施。举例：图4-7氧化炉温度对氨气—空气串级比值控制系统F2÷

XCF2CF1F1主控制器除法器F2比值控制器-控制阀主对象测量变送测量变送流量对象主测量变送-氧化炉温度对氨气/空气串级比值控制系统÷

FCTC空气氨气混合氧化炉预热

串级和比值控制组合的系统.串级和比值控制组合的系统与变比值控制系统的区别：（1）变比值控制系统是由第三参数来修正比值，属于变比值控制；（2）串级和比值控制组合是要求主流量随另一个参数的需要而改变，两流量的比值关系保持不变，整个系统属于定比值控制。

串级和比值控制组合的系统Sp.F2KF1CF2CF1LC(a)常见方案常见方案：图4-8（a）两物料组成一双闭环比值控制，而反应器的液面又需恒定，于是组成一以液面为主参数，主流量为副参数的串级控制系统。当液面由于某种干扰而变化时，通过液面控制器的输出来改变主流量的给定值，使主流量跟着变化。然后通过比值控制使副流量也随之变化，保持其流量比不变，由总的负荷变化克服外界干扰，把液面调回给定值。缺点：副流量的变化滞后于主流量的变化。改进方案：如图4—8（b）液面控制器的输出除作主流量控制器给定外，同时送入比值器作为副流量控制器的给定，因此比值控制器的动态滞后可忽略，保证了主、副控制回路动态响应基本一致。F2KF1CF2CF1LC(b)修改方案

比值系数的计算

流量与测量信号成线性关系时的计算

流量与测量信号成非线性关系时的计算

流量与测量信号成线性关系时的计算

将工艺K（比值）如何折算成仪表比值系数K′对于DDZ-Ⅲ型仪表(4~20mADC)

I=×16+4(4—2)

K′=(4—3)I1—副流量测量信号值

I2—主流量测量信号值将（4—2）代入（4—2），得：FFmaxI2-4I1-4

F1max—主流量变送器量程上限

F2max—副流量变送器量程上限可以证明：对于不同信号范围的仪表，比值系数的计算式是一样的。

流量与测量信号成非线性关系时的计算流量与差压的非线关系：节流装置的比值系数。针对不同信号范围的仪表，测量信号与流量的转换关系为：0~10mADC的电动仪表：4~20mADC的电动仪表：20~100kPa的气动仪表：以信号范围为4~20mADC的电动仪表为例，此时的比值系数计算方法：特别说明：1.流量比值K与仪表比值系数K′是两个不同的概念，不能混淆。2.比值系数K′大小与流量比K和变送器的量程有关，与负荷的大小无关。3.流量与测量信号之间有无线性关系对计算式有直接影响：线性时K′线=K*F1max/F2max,，非线性时K′非=K2*F12max/F22max。4.线性测量与非线性测量情况下K′间的关系为：K′非=（K′线）2

。

比值控制方案的实施

两类实施方案

比值控制方案实施举例

比值控制方案中非线性环节的影响

比值控制方案中的信号匹配问题

两类实施方案

相乘方案

定义：主流量F1的测量值乘上某一系数。作为F2流量控制器的给定。仪器：采用比值器、配比器、乘法器等。注意：若K为变数时，必须用乘法器，此时只需将比值设定信号换成第三参数就行了。FCSp.F1F2×

Kˊ

相除方案定义：将F2与F1的测量值相除，作为比值控制器的测量值。仪器：除法器优点：这种方案直观，比值可直接由控制器设定，操作方便。若将比值给定信号必作第三参数，便可实现变比值控制。F2÷

F2CF1Kˊ

比值控制方案实施举例FCSp.F1F2×

K(1)用乘法器的方案F2变送器F1变送器控制器控制阀对象×

I1a）对于4~20mA的电动乘除器：根据比值控制要求：根据仪表统一信号范围为4~20mA，所以Kˊ的变化范围仅在0~1之间，不能大于1，因此在确定测量仪表量程上限时，要考虑到这一因素。若K’>1时，可采用乘法器放置在副流量回路中，这时:F2变送器F1变送器控制器控制阀对象×I2-b）对于使用比率给定器的方案F2变送器F1变送器控制器控制阀对象比率器

I1比率给定范围：线性K′0.3~3.0

开方K′0.6~1.7乘法器与比率器的区别：乘法器的比值系数不象比率器那样可以直接在仪表上设置，而是通过外部恒流给定器来设定的。比值设置的步骤：（1）先由工艺规定的两物料的流量比值K，结合测量变送器的测量上限，正确的计算出仪表比值系数K′。（2）根椐所使用的乘法器运算式，由K′进一步算出Ik，

然后将恒流定器的输出值调整到上述计算值。

用除法器组成的方案F2÷

F2CF1Kˊ

F2变送器F1变送器控制器控制阀对象除法器

I1I2I0IrDDZ-Ⅲ

仪表（4~20mA）的除法运算式：稳态时：除法器的增益：F2/F1(I2/I1)

，增益为“正”

F1/F2(I1/I2)

，增益为“负”因此，在除法运算方案中，必须注意到除法器包含在副流量回路中，它的存在影响到系统的负反馈，此外除法器的非线性特性对控制质量的影响。比值设定的步骤：（1）先由工艺规定的流量比，测量变送仪表的特性，计算比值系数K′。（2）按给定值计算公式，算出给定值后再把比值器的给定值设置成上面的计算值。特点：（1）可直接读出比值，使用方便。（2）把比值器的给定值改成第三参数，即能组成变比值系统。

比值控制方案中非线性环节的影响产生原因：流量测量采用节流装置配差压变送器，不使用开方器时。若用DDZ-Ⅲ型变送器，则测量信号与流量之间的关系如下式：式中：K—静态放大系数

F0—F的静态工作点整个测量变送环节的静态放大系数是：K∝F0，随着负荷的增加而增大1.测量环节的非线性解决方法：（1）

可以选取不同流量特性的控制阀来补偿。（2）根本的方法是在差压变送器的输出端加上开方器，使最终信号与流量之间成线性关系。注意：对于节流法测量流量的比值系统，两流量要么都具有相似的非线性，要么经开方都成为线性。

除法器的非线性当然也有例外，如过程特性本身具有非线性（放大倍数随负荷的增大而增大），则此时采用除法器组成比值系统，除法器的非线性不仅对系统的控制质量无害，反而能起到对过程非线性的补偿作用。由于除法器在闭环回路中K’=I2/I1，其放大倍数为：

I1是F1的测量信号，K随着I1(I2)的增大而减小。这与采用差压法测量流量而不经开方运算时的情况正好相反，在小负荷时，系统不易稳定。

在合成氨生产的CO变换炉中，采用除法器组成变换炉温度对蒸汽/煤气比值进行校正的变比值控制系统，就是利用除法器的非线性来补偿变换炉的非线性，收到了良好的效果。÷

FCTC煤气蒸气变换炉变换气上面采用K′=I2/I1，若采用K′=I1/I2，其非线性情况也一样：因为，保持一定，所以负荷越小，放大倍数越大。由于除法器在闭环回路中K=I2/I1，其放大倍数为：可见采用K′=I2/I1时，放大倍数为“正”而采用K′=I1/I2时，放大倍数为“负”

比值控制方案中的信号匹配问题比值系数K′的计算是比值控制系统信号匹配的主要内容。K′的大小除了与工艺规定的流量比以外，还与仪表的量程上限有关。因此要使比值控制系统具有较高的灵敏度和精度，仪表的量程上限的确定是极为关键的。仪表量程选得过大，以致仪表得灵敏度较低。对于相乘方案，比值系数K′在接近于1时最为灵敏，精度最高。因为当K′=1时，KF1max=F2max，即在保持工艺要求的比值K不变情况下，主副流量都在全量程变化，系统的灵敏度及精度都很高。

如工艺要求K=F2/F1=1/2，若选仪表测量上限，F1max/F2