过程控制系统第八章第五六七八节
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过程控制系统教案
过程控制系统教案一、教学目标1. 了解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
2. 掌握过程控制系统的常见参数及其作用。
3. 熟悉过程控制系统的典型应用和优点。
4. 学会分析过程控制系统的设计和实施方法。
二、教学内容1. 过程控制系统的概念及分类1.1 过程控制系统的定义1.2 过程控制系统的分类1.3 过程控制系统的基本组成2. 过程控制系统的常见参数2.1 流量参数2.2 压力参数2.3 温度参数2.4 液位参数3. 过程控制系统的典型应用3.1 工业生产过程控制3.2 楼宇自动化控制3.3 环保监测与控制4. 过程控制系统的优点4.1 提高生产效率4.2 保障产品质量4.3 降低能源消耗4.4 提高系统安全性三、教学方法1. 采用案例分析法，结合实际应用场景，让学生了解过程控制系统的原理和作用。
2. 利用仿真软件，让学生动手操作，掌握过程控制系统的参数调整和优化方法。
3. 开展小组讨论，培养学生团队合作能力和问题解决能力。
四、教学资源1. 教学课件：包含过程控制系统的相关理论知识、图片和案例。
2. 仿真软件：用于学生动手实践，如LabVIEW、组态王等。
3. 实际应用案例：涉及工业生产、楼宇自动化、环保监测等领域。
五、教学评价1. 课堂互动：学生参与课堂讨论、提问和回答问题的情况。
2. 课后作业：学生完成相关练习题的情况。
3. 实践操作：学生在仿真软件上的操作成绩。
4. 小组讨论：学生参与小组讨论的表现和成果。
教案剩余章节待您提供要求后，我将为您编写。
六、教学重点与难点教学重点：1. 过程控制系统的概念及其在各个领域的应用。
2. 过程控制系统的基本参数及其调整方法。
3. 过程控制系统的优点及其在提高生产效率和产品质量中的作用。
教学难点：1. 过程控制系统的设计原理和方法。
2. 不同类型过程控制系统的实现技术。
3. 过程控制系统在复杂环境下的性能优化。
七、教学安排课时安排：共计20课时，每课时45分钟。
第8章 过程控制系统的组成与特点
L（Level）：液位 T（Temperature）：温度
八、过程控制系统的性能指标
1、静态（稳态）与动态（瞬态）： 2、系统的过渡过程： 3、影响过程控制系统品质的环节：
-- 控制系统结构 -- 被控过程（对象）特性 -- 过程检测、控制、执行仪表 4、性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或 给定值发生变化后，应 --稳定（稳定性） --准确（准确性） --快速地回复（或趋近）到给定值上。（快速性）
2）过程控制系统组成框图：
3）有关术语：
设定值（Set Point :SP) ：被控变量的预定值。 测量值（Present Value :PV)：被控变量的当前实际测量值。 偏差（Error ：E) ：被控变量的设定值与当前实际值之差。
五、过程控制系统的特点
1、被控过程（对象）复杂多样： 具有非线性、时变、时滞及不确定性等特点，难以获得精
确的过程数学模型。 2、控制过程多属缓慢过程：
具有一定时间常数和时滞，控制并不需在极短时间完成。 3、控制方案多种多样：
同一被控过程，因受扰动不同，需采用不同的控制方案； 同一控制方案可适用于不同的生产过程控制； 控制方案适应性强。 4、过程控制的常用控制形式为定值控制。 5、过程控制实施手段多样性： 可以方便地在计算机控制装置上实现； 可以方便地在控制室或现场获得仪表的信息； 可以直接进行仪表的校验和调整。
也越高。但，一般控制衰减率在ψ=0.75～0.9之间。
衰减比 n=4：1为评价定值控制系统的指标。
衰减比 n=10：1为评价随动控制系统的指标。
C、系统稳定性动态指标：最大动态偏差A或超调量σ ---- 描述被控变量偏离给定值最大程度的物理量。 ---- 最大动态偏差A：被控变量第一个波的峰值与给定值 之差。用于描述定值控制系统。 ----超调量σ ： 被控变量第一个波的峰值与系统最终稳态值之差。用 于描述随动控制系统。一般，超调量以百分数给出：
热工过程控制系统
热工过程控制系统第一章过程控制系统概述过程控制定义及认识过程控制目的 *过程控制系统的组成过程控制系统的特点 *过程控制系统的分类 *过程控制性能指标过程控制仪表的发展过程控制的地位过程控制定义及认识过程控制定义所谓过程控制（过程控制系统组成被控过程（Process），过程检测控制仪表（Instrumentation），包括：测量变送元件（Measurement）；控制器（Controller）；执行机构（Control Element）;显示记录仪表过程控制系统的分类按系统的结构特点来分:：反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统）按给定值信号的特点来分：定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统性能指标：对自动控制系统性能指标的要求主要是稳、快、准。
最大超调量σ%反映系统的相对稳定性,稳态误差ess反映系统的准确性，调整时间ts反映系统的快速性。
第三章过程执行器主要内容执行器电动执行器气动执行器调节阀及其流量特性变频器原理及应用本节内容在本课程中的地位执行器用于控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。
调节阀（调节机构）结构调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。
由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。
调节阀阀的流通截面积。
调节阀的组成送执行机构：执行机构是指根据控制器控制信号产生推力或位移的装置；调节机构：调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指控制阀。
调节阀分类根据使用能源不同气动调节阀：以压缩空气为能源，输入信号20～100kPa，价格便宜；多用于石油、化工等易燃易爆场合。
电动调节阀：以电为能源，输入信号4～20mA DC，价格贵；使用范围广，本质安全（本安）型也可用于易燃易爆场合。
液动调节阀：以高压液体为能源的阀体相同、执行机构不同气动薄膜调节阀的气开、气关形式所谓气开式，即当信号压力增加时，阀门开大；没气时，阀门关闭气关式则相反，即信号压力增加时，阀门关小。
第八章控制系统工程设计 过程控制系统课件
第八章 控制系统工程设计
8.1.3 自控系统工程设计的方法
接到一个工程项目后，在进行自控系统的工程设计时，一般应按照 以下所述的方法来完成。
（1）熟悉工艺流程 熟悉工艺流程是自控设计的第一步。自控设计人员对工艺流程熟悉
和了解的深度将决定设计的好坏与成败。在此阶段还需收集工艺中有关的 物性参数和重要数据。
而文字资料则是对设计第八章控制系统工程设计表81被测变量和仪表功能的字母代号首位字母后继字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词a分析报警b喷嘴火焰供选用供选用供选用c电导率控制d密度差e电压电动势检测元件f流量比分数g供选用视镜观察h手动高i电流指示j功率扫描第八章控制系统工程设计自动手动操作器k时间时间程序变化速率l物位指示灯低m水分或湿度瞬动中中间n供选用供选用供选用供选用oo供选用节流孔p压力真空连接或测试点q数量积算累计r核辐射记录s速度频率安全开关联锁第八章控制系统工程设计t温度传送变送u多变量多功能多功能多功能v振动机械监视阀风门百叶窗w重量或力套管x未分类x轴未分类未分类未分类y供选用y轴继动器继电器计算器转换器z位置尺寸z轴驱动器执行元件第八章控制系统工程设计对于表81中所涉及的内容简要说明如下
第八章 控制系统工程设计
8.1.1 工程设计的基本任务和设计步骤
1．基本任务与设计宗旨 自控系统工程设计的基本任务是：依据生产工艺的要求， 以企业经济效益、安全、环境保护等指标为设计宗旨，对生产 工艺过程中的温度、压力、流量、物位、成分及火焰、位置、 速度等各类质量参数进行自动检测、反馈控制、顺序控制、程 序控制、人工遥控及安全保护（如自动信号报警与联锁保护系 统等）等方面的设计，并进行与之配套的相关内容（如控制室、 配电、气源，以及水、蒸汽、原料、成品计量等）的辅助设计。 在实际工作中，必须按照国家的经济政策，结合工艺特点 进行精心设计。一切设计既要注意厂情，又要符合国情，严格 以科学的态度执行相关技术标准和规定，在此基础上建树设计 项目的特色。总之，工程设计的宗旨应切合实际、技术上先进、 系统安全可靠、经济投入/效益比要小。
过程控制系统2
干扰:内干扰---调节器的输出量u(t)； 外干扰---其余非控制的输入量。
通道:输入量与输出量间的信号联系。
控制通道--控制作用与被控量间的信号联系；
扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。
2。研究并建立数学模型的目的
(1)、设计过程控制系统、整定调节器参数。 (2)、指导生产工艺设备的设计。 (3)、进行仿真实验研究。 (4)、培训运行操作人员。
3、求取 H1(S) / Qi(S ， H2(S) / Qi(S）
2、相互影响的双容过 程
求 H1(S) / Qi(S）
1）列方程式 h1-h2/R1=Q1 A1dh1/dt=Qi-Q1 A2dh2/dt=Q1-Q2 h2/R2=Q2
2)画方框图
3）传函
结论：
1）同无相互影响的双容过 程相比H1(S) / Qi(S）为二阶 环节
K
0q1 (t
K0 T0s
1
0)
e 0s
(2
9)
无纯滞后
有纯滞后
纯滞后单容过程及其响应曲线
(三)、多容过程的数学模型
1、相互无影响自衡双容过程是工业生产中常见的，如下 两图。
（1） 根据自衡对象特性，可直接写出水槽特性 1)水槽1：A1 S H1(S)=Qi(S)-Q1(S) H1 (S) 1/R1= Q1(S) 2)水槽2： A2 S H2(S)=Q1(S)-Q2(S) H2(S) 1/R2= Q2(S) （2）根据上述式子可以画出方框图
..........
.(2 5)
q1
q2
A
通道:输入量与输出量间的信号联系。
控制通道--控制作用与被控量间的信号联系；
扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。
2。研究并建立数学模型的目的
(1)、设计过程控制系统、整定调节器参数。 (2)、指导生产工艺设备的设计。 (3)、进行仿真实验研究。 (4)、培训运行操作人员。
3、求取 H1(S) / Qi(S ， H2(S) / Qi(S）
2、相互影响的双容过 程
求 H1(S) / Qi(S）
1）列方程式 h1-h2/R1=Q1 A1dh1/dt=Qi-Q1 A2dh2/dt=Q1-Q2 h2/R2=Q2
2)画方框图
3）传函
结论：
1）同无相互影响的双容过 程相比H1(S) / Qi(S）为二阶 环节
K
0q1 (t
K0 T0s
1
0)
e 0s
(2
9)
无纯滞后
有纯滞后
纯滞后单容过程及其响应曲线
(三)、多容过程的数学模型
1、相互无影响自衡双容过程是工业生产中常见的，如下 两图。
（1） 根据自衡对象特性，可直接写出水槽特性 1)水槽1：A1 S H1(S)=Qi(S)-Q1(S) H1 (S) 1/R1= Q1(S) 2)水槽2： A2 S H2(S)=Q1(S)-Q2(S) H2(S) 1/R2= Q2(S) （2）根据上述式子可以画出方框图
..........
.(2 5)
q1
q2
A
过程控制系统
控制器正、反作用选择的判别式：
(控制器“±”)(控制阀“±”)(对象“±”)=“-”
过程控制系统
三、控制阀作用方式的选择
(一)、气开气关方式的选择 选气开还是气关式，由生产工艺的要求决定。 1、从生产的安全出发 2、从保证产品质量考虑 3、从降低原料和动力的损耗考虑 4、从介质特点考 (二)、执行机构正、反作用方式的选择
一般认为，n=4:1时稳定性好，但温度等慢变化过 程约取10:1为好，应根据实际情况灵活处理。
过程控制系统
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即
3．余差： A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作用下， 余差为：
2、调节原理 当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
电气阀门定位器
过程控制系统
执行机构 阀体
过程控制系统
反作用
理想流量特性
过程控制系统
在不考虑控制阀前后压差变化 时得到的流量特性称为理想流 量特性。
流量特性
工作流量特性
过程控制系统
一. 控制系统的静态与动态
●静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态 ●动态：被控变量随时间变化的不平衡状态
过程控制系统
二. 控制系统的过渡过程
●定义:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状 态的过程 , 称为系统的过渡过程。
过程控制系统
自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有以下所
示的几种基本形式。
四 控制器的选择
(控制器“±”)(控制阀“±”)(对象“±”)=“-”
过程控制系统
三、控制阀作用方式的选择
(一)、气开气关方式的选择 选气开还是气关式，由生产工艺的要求决定。 1、从生产的安全出发 2、从保证产品质量考虑 3、从降低原料和动力的损耗考虑 4、从介质特点考 (二)、执行机构正、反作用方式的选择
一般认为，n=4:1时稳定性好，但温度等慢变化过 程约取10:1为好，应根据实际情况灵活处理。
过程控制系统
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即
3．余差： A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作用下， 余差为：
2、调节原理 当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
电气阀门定位器
过程控制系统
执行机构 阀体
过程控制系统
反作用
理想流量特性
过程控制系统
在不考虑控制阀前后压差变化 时得到的流量特性称为理想流 量特性。
流量特性
工作流量特性
过程控制系统
一. 控制系统的静态与动态
●静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态 ●动态：被控变量随时间变化的不平衡状态
过程控制系统
二. 控制系统的过渡过程
●定义:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状 态的过程 , 称为系统的过渡过程。
过程控制系统
自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有以下所
示的几种基本形式。
四 控制器的选择
过程控制系统
煤焦油加氢预处理氨水液位控制
离心机 至高空安全处
V1104
L T
LIC 1001
F.C
氨水泵
返回
调节器的“正”“反”作用 如果将调节器的输入信号定义为测量值减去 给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加 的调节器，称为“正作用”调节器； 反之，调节器的输出信号随偏差的增加而减 小的称为“反作用”调节器。
控制系统的分类
开环控制系统 控制系统的输出信号（被控变量）不反馈到 系统的输入端，因而也不对控制作用产生影 响的系统，称为开环控制系统。 开环控制系统分为2种。一种是按设定值进 行控制。 另一种是按扰动量进行控制，即 所谓的前馈控制。
闭环控制系统 系统的输出（被控变量） 通过测量变送环节，又 返回到系统的输入端， 与给定信号比较，以偏 差的形式进入调节器， 对系统起控制作用，整 个系统构成了一个封闭 的反馈回路，这种控制 系统称为闭环控制系统， 或成反馈控制系统。
V1101
P-8
串级控制系统中主、副调节器的正反作用 副调节器的作用方向与简单控制系统中调节 器的正反作用的选择方法相同。 主调节器的作用方向可按：当主、副变量增 大（减小），调节阀的动作方向一致的，则 主调节器选“反作用”。反之，主调节器选 “正作用”。
原料油缓冲罐液位控制系统中 副回路 阀门为“F.C”，“+A” 调节阀开大，流量变大“+B” +A*+B=“+”，副调节器为反作用。 主回路 当流量，液位增大时，调节阀都应减小开度， 作用方向一致。则主调节器为“反作用”。
简单控制系统
简单控制系统的组成 简单控制系统又称单回路反馈控制系统。由一个 被控对象、一个测量变送器、一个调节器和一只 调节阀所组成的单回路闭合控制系统。 简单控制系统结构简单，投资少，易于调整和投 运，能满足一般生产过程的控制要求，因而应用 很广泛。它尤其适用于被控对象纯滞后小，时间 常数小，负荷和干扰变化比较缓慢，或者对被控 变量要求不太高的场合。 简单控制系统常用被控变量来划分，最常见的是 温度、压力、流量、液位和成分等5种控制系统。
过程控制系统
3.余差 余差 余差是指过渡过程结束后,被控量新的稳态值与设定值的差值. 余差是指过渡过程结束后,被控量新的稳态值与设定值的差值. 是指过渡过程结束后 它是过程控制系统稳态准确性的衡量指标. 它是过程控制系统稳态准确性的衡量指标. 4.调节时间 和振荡频率 调节时间ts和振荡频率 调节时间 调节时间ts是从过渡过程开始到结束的时间. 调节时间 是从过渡过程开始到结束的时间. 是从过渡过程开始到结束的时间 过渡过程的振荡频率是振荡周期的倒数, 过渡过程的振荡频率是振荡周期的倒数,即 振荡频率是振荡周期的倒数 在同样的振荡频率下,衰减比越大则调节时间越短; 在同样的振荡频率下,衰减比越大则调节时间越短;当衰减比相 同时,则振荡频率越高,调节时间越短. 同时,则振荡频率越高,调节时间越短. 振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控制系统快速性的指标. 振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控制系统快速性的指标. SCAU
教学方法和要求
课堂理论讲授为主 结合工程项目,要求同学们能进行分析工 业过程的控制原理 能够设计简单的单回路控制系统 使用Matlab完成特殊控制的仿真
考试和成绩评定方法
考试方式:闭卷 期末成绩比例:平时SCAU
第一章 绪论
过程控制与自控原理的关系 过程控制的任务与目标 过程系统的组成和特点 性能指标 过程控制发展的概况 控制策略与算法进展
SCAU
3 生产过程的要求 安全性:生产过程中,确保人身和设备安全, 生产过程中,确保人身和设备安全, 生产过程中 是最重要和最基本的要求. 是最重要和最基本的要求 稳定性:系统抑制外部干扰,保持生产过程 系统抑制外部干扰, 系统抑制外部干扰 长期稳定运行的能力. 长期稳定运行的能力 经济性:低成本高效益是过程控制的另一个 低成本高效益是过程控制的另一个 目标. 目标 4 举例 液位控制 火力发电厂 热交换温度控制系统
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过程控制系统第八章第五六七八节
1
要点
1）了解比值控制的工业应用背景，熟悉比值控制系统的结构类型； 2）掌握比值控制系统中比值器参数计算方法； 3）了解比值控制系统中的非线性补偿、动态补偿以及实施方案等； 4）了解均匀控制的特点及设计方法； 5）了解分程控制的特点及应用场合； 6）了解自动选择性控制的特点及应用场合。
比值设定方法：
给定值
F1T
F2T
F2 C
相乘比值
F1T
F2T
给定值
F2 C
相除比值
4、 变比值控制系统。。。
基于除法器的变比值控制
应该注意: 在变比值控制系统中，比值通常只是一种控制手段不是最终目的，而第三参数y(s)往往是 产品质量指标。
在有些生产过程中，要求两种物料的流量比随第三个工艺参数的要求而变化，也就是比值系数不 是固定的而是随工况而变化的，这就是变比值控制。
20
2、比值控制系统中的非线性补偿
比值控制系统中的非线性特性是指被控过程的静态放大系数随负荷变化而变化的特性，在设计比值控制 系统时必须要加以注意。
（1）测量变送环节的非线性特性
流量与测量信号无论是呈线性关系还是呈非线性关系， 其比值系数与负荷的大小无关，均保持其为常数。但是， 当流量与测量信号呈非线性关系时对过程的动态特性却 是有影响的。
3．比值控制系统中的动态补偿
在某些特殊的生产工艺中，对比值控制的要求非常高，即不仅在静态工况下要求两种物料流量的 比值一定，而且在动态情况下也要求两种物料流量的比值一定。
为实现动态比值一定，必须满足
Q2 Q1
s s
K
K为常数
动态补偿器的传递函数为
G Zs1 G G m 1c2ssG G c202ssG G 02m 2ssq q1 2m m aax x
前塔的液位变化有一个规定的上、下限。同样，后塔的进料流量也不能超过它所能承受的最 大负荷和最低处理量，否则不能保证反应塔的正常工作。
注意：由于从动流量总要滞后于主动流量，所以动态补偿器一般应具有超前特性。
4．比值控制系统的实现 比值控制的具体实现方案有两种: 一、把两个流量的测量值相除，其商作为调节器的 反馈值，称为相除控制方案。
二、把一个流量的测量值乘以比值系数，其乘积作 为副调节器的设定值，称为相乘控制方案。
在工程上，具体实现比值控制时，通常有比值器、乘法器或除法器等单元仪表可供选用，相当方便。
实例 硝酸生产控制系统
氧化炉温度串级－比值控制流程
2比值控制系统的设计
1、比值器参数的计算
如上所述，比值控制是解决不同物料流量之间的比例关系问题。当使用单元组合仪表时，因输入－ 输出参数均为统一标准信号，所以，比值器参数必须由实际物料流量的比值系数折算成仪表的标准统一 信号。以下分两种情况。
（1）流量与检测信号呈非线性关系
第六节 均匀控制系统 1 均匀控制的提出与特点
1．均匀控制的提出 均匀控制系统具有使控制量与被控制量均匀缓慢地在一定范围内变化的特殊功能。
图示
控制目标： 1、 稳定塔A的液位 的方法： 增加中间储存容器 2、稳定塔B的进料流量 解决的方法： 采用均匀控制
解决
均匀控制的设计思想： 将液位控制与流量控制统一在一个控制系统中，从系统内部解决两种工艺参数供求之间的矛盾，即 使A塔的液位在允许的范围内波动的同时，也使流量平稳缓慢地变化。 液位控制时前后设备的液位、流量关系
K' K
q1max
说明：当物料流量的比值一定、流量与其检测信号呈平方关 系时，比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比的 乘积也呈平方关系。
（2）流量与检测信号呈线性关系
K' Kq1max q2max
I2' I1'
4 4
说明：当物料流量的比值一定、流量与其测量信号呈线性 关系时，比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之 比的乘积也呈线性关系。
（2）非线性补偿
为了克服这一不利影响，通常用开方器进行补偿，即在差压变送器后串接一个开方器，使流量与测 量信号之间呈现线性关系。
差压变送器的输出电流信号与开方器的输出电流信号之间的关系为：
I2' 4 I2 4
测量变送环节和开方器串接后总的静态放大系数为：
K2'
I2' q2
q
q
4 q2max
2 20
常量，它已不再受负荷变化的影响
2、参数有变化，而且是缓慢地变化 因为均匀控制是前后设备物料供求之间的均匀，所以表征两个物料的参数都不应是某一
固定值。那种试图把两个参数都稳定不变的想法绝非均匀控制的目的。无需将两个参数平均 分配，而是视前后设备的特性及重要件等因素来确定其主次。
3、参数应在限定范围内变化 在均匀控制系统中，被控变量是非单一、非定值的，允许它们在一定的范围内变化，但
其输入－输出关系有：
p2 k q22
p2max
k
q2 2max
采用DDZ－Ⅲ型仪表将差压信号线性地转换为 电流信号：
I2
p2 (204)4 p2max
测量变送环节是非线性的，其静态放大系数为：
K2
I2 q2
32
q q q2q2 0
2 2max
20
问题：当负荷增大时，调节器的整定参数如果不能随之改变，则系统的运行质量就会下降 。
（3）实例计算 已知某流量比值系统采用差压式流量计测量主副流量，其最大量程分别为：
Q1max 12.5m3 / h Q2max 20m3 / h
工艺要求
K Q2 1.4 Q1
试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值系数K’。
解: 不加开方器时:
加开方器后:
K' K2Q Q 2 12 2m maax x1.4212.2 5 2 020.766 K' 1.412.50.875
第五节 比值控制系统 1比值控制系统概述
工艺要求。。。
1、开环比值控制系统
问题：Q2容易受干扰和非线性的影响 而破坏Q1与Q2的比值关系。
2、单闭环比值控制系统
问题：这种单闭环 比值控制系统可以 精确的控制Q1与 Q2的比值关系但 Q1的值不可控。
3、双闭环比值控制系统
问题：该控制方案所用仪 表较多，投资较高。
图a图c是普通的单回路控制系统的控制结果，只有图b才体现了均匀控制的思想，即L和F 都缓慢波动且都稳定在一定范围内。
2. 均匀控制的特点 1、结构上无特殊性 同样一个单回路液位控制系统，由于控制作用强弱不一，既可以是单回路定值控制系统
，也可以是均匀控制系统。因此均匀控制是靠降低控制回路的灵敏度而不是靠结构变化获得 的。
1
要点
1）了解比值控制的工业应用背景，熟悉比值控制系统的结构类型； 2）掌握比值控制系统中比值器参数计算方法； 3）了解比值控制系统中的非线性补偿、动态补偿以及实施方案等； 4）了解均匀控制的特点及设计方法； 5）了解分程控制的特点及应用场合； 6）了解自动选择性控制的特点及应用场合。
比值设定方法：
给定值
F1T
F2T
F2 C
相乘比值
F1T
F2T
给定值
F2 C
相除比值
4、 变比值控制系统。。。
基于除法器的变比值控制
应该注意: 在变比值控制系统中，比值通常只是一种控制手段不是最终目的，而第三参数y(s)往往是 产品质量指标。
在有些生产过程中，要求两种物料的流量比随第三个工艺参数的要求而变化，也就是比值系数不 是固定的而是随工况而变化的，这就是变比值控制。
20
2、比值控制系统中的非线性补偿
比值控制系统中的非线性特性是指被控过程的静态放大系数随负荷变化而变化的特性，在设计比值控制 系统时必须要加以注意。
（1）测量变送环节的非线性特性
流量与测量信号无论是呈线性关系还是呈非线性关系， 其比值系数与负荷的大小无关，均保持其为常数。但是， 当流量与测量信号呈非线性关系时对过程的动态特性却 是有影响的。
3．比值控制系统中的动态补偿
在某些特殊的生产工艺中，对比值控制的要求非常高，即不仅在静态工况下要求两种物料流量的 比值一定，而且在动态情况下也要求两种物料流量的比值一定。
为实现动态比值一定，必须满足
Q2 Q1
s s
K
K为常数
动态补偿器的传递函数为
G Zs1 G G m 1c2ssG G c202ssG G 02m 2ssq q1 2m m aax x
前塔的液位变化有一个规定的上、下限。同样，后塔的进料流量也不能超过它所能承受的最 大负荷和最低处理量，否则不能保证反应塔的正常工作。
注意：由于从动流量总要滞后于主动流量，所以动态补偿器一般应具有超前特性。
4．比值控制系统的实现 比值控制的具体实现方案有两种: 一、把两个流量的测量值相除，其商作为调节器的 反馈值，称为相除控制方案。
二、把一个流量的测量值乘以比值系数，其乘积作 为副调节器的设定值，称为相乘控制方案。
在工程上，具体实现比值控制时，通常有比值器、乘法器或除法器等单元仪表可供选用，相当方便。
实例 硝酸生产控制系统
氧化炉温度串级－比值控制流程
2比值控制系统的设计
1、比值器参数的计算
如上所述，比值控制是解决不同物料流量之间的比例关系问题。当使用单元组合仪表时，因输入－ 输出参数均为统一标准信号，所以，比值器参数必须由实际物料流量的比值系数折算成仪表的标准统一 信号。以下分两种情况。
（1）流量与检测信号呈非线性关系
第六节 均匀控制系统 1 均匀控制的提出与特点
1．均匀控制的提出 均匀控制系统具有使控制量与被控制量均匀缓慢地在一定范围内变化的特殊功能。
图示
控制目标： 1、 稳定塔A的液位 的方法： 增加中间储存容器 2、稳定塔B的进料流量 解决的方法： 采用均匀控制
解决
均匀控制的设计思想： 将液位控制与流量控制统一在一个控制系统中，从系统内部解决两种工艺参数供求之间的矛盾，即 使A塔的液位在允许的范围内波动的同时，也使流量平稳缓慢地变化。 液位控制时前后设备的液位、流量关系
K' K
q1max
说明：当物料流量的比值一定、流量与其检测信号呈平方关 系时，比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比的 乘积也呈平方关系。
（2）流量与检测信号呈线性关系
K' Kq1max q2max
I2' I1'
4 4
说明：当物料流量的比值一定、流量与其测量信号呈线性 关系时，比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之 比的乘积也呈线性关系。
（2）非线性补偿
为了克服这一不利影响，通常用开方器进行补偿，即在差压变送器后串接一个开方器，使流量与测 量信号之间呈现线性关系。
差压变送器的输出电流信号与开方器的输出电流信号之间的关系为：
I2' 4 I2 4
测量变送环节和开方器串接后总的静态放大系数为：
K2'
I2' q2
q
q
4 q2max
2 20
常量，它已不再受负荷变化的影响
2、参数有变化，而且是缓慢地变化 因为均匀控制是前后设备物料供求之间的均匀，所以表征两个物料的参数都不应是某一
固定值。那种试图把两个参数都稳定不变的想法绝非均匀控制的目的。无需将两个参数平均 分配，而是视前后设备的特性及重要件等因素来确定其主次。
3、参数应在限定范围内变化 在均匀控制系统中，被控变量是非单一、非定值的，允许它们在一定的范围内变化，但
其输入－输出关系有：
p2 k q22
p2max
k
q2 2max
采用DDZ－Ⅲ型仪表将差压信号线性地转换为 电流信号：
I2
p2 (204)4 p2max
测量变送环节是非线性的，其静态放大系数为：
K2
I2 q2
32
q q q2q2 0
2 2max
20
问题：当负荷增大时，调节器的整定参数如果不能随之改变，则系统的运行质量就会下降 。
（3）实例计算 已知某流量比值系统采用差压式流量计测量主副流量，其最大量程分别为：
Q1max 12.5m3 / h Q2max 20m3 / h
工艺要求
K Q2 1.4 Q1
试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值系数K’。
解: 不加开方器时:
加开方器后:
K' K2Q Q 2 12 2m maax x1.4212.2 5 2 020.766 K' 1.412.50.875
第五节 比值控制系统 1比值控制系统概述
工艺要求。。。
1、开环比值控制系统
问题：Q2容易受干扰和非线性的影响 而破坏Q1与Q2的比值关系。
2、单闭环比值控制系统
问题：这种单闭环 比值控制系统可以 精确的控制Q1与 Q2的比值关系但 Q1的值不可控。
3、双闭环比值控制系统
问题：该控制方案所用仪 表较多，投资较高。
图a图c是普通的单回路控制系统的控制结果，只有图b才体现了均匀控制的思想，即L和F 都缓慢波动且都稳定在一定范围内。
2. 均匀控制的特点 1、结构上无特殊性 同样一个单回路液位控制系统，由于控制作用强弱不一，既可以是单回路定值控制系统
，也可以是均匀控制系统。因此均匀控制是靠降低控制回路的灵敏度而不是靠结构变化获得 的。