双闭环流量比值控制系统设计
过程控制课程设计
电气工程与自动化专业年级班一、设计题目双闭环流量比值控制二、主要内容熟悉THJ-2型高级过程控制系统实验装置，获取电动阀支路的流量和变频器－磁力泵支路的流量曲线，利用实验建模法求出它们的数学模型。
根据比值控制，选择合适的双回路调节器控制规律，并在Matlab 上进行仿真。
最终在过程控制系统实验装置平台上完成实际系统的调试，并说明两种方法的所得结果的差别。
三、具体要求1.从组成、工作原理上对工业型传感器、执行机构有一深刻的了解和认识。
2.分析控制系统各个环节的动态特性，从实验中获得各环节的特性曲线，建立被控对象的数学模型。
3.根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。
4.在Matlab上进行仿真，调节控制器参数，获得最佳控制效果。
5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法，并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。
6.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异，巩固所学的知识。
四、进度安排五、完成后应上交的材料课程设计报告。
六、总评成绩指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日目录一.设计任务分析…………………………………………………1.1 设计目的………………………………………………1.2 主要内容…………………………………………………1.3 设计要求………………………………………………二.总体方案设计…………………………………………………2.1 实验装置说明……………………………………………2.2 实验注意事项……………………………………………2.3 控制面板接线说明………………………………………三.控制方案设计…………………………………………………3.1双闭环比值控制系统的结构………………………………3.2双闭环比值控制系统的特点与分析………………………四.单回路参数整定……………………………………………4.1 被控对象特性测试………………………………………4.2 电动阀传递函数测试……………………………………4.3 变频器/磁力泵传递函数测试……………………………4.4 matlab 仿真……………………………………………4.5 比值控制系统参数的整定………………………………五.课程设计体会…………………………………………………六.参考文献……………………………………………………摘要过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。
(涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计)
一、设计题目涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计二、设计任务该设计可在A3000-FS 实验台上完成。
图１中1#管流量Q1为主变量，2#管流量Q2为从变量，可设计串级调节器控制FV101满足系统要求。
表１ 连接端配置 测量或控制量 测量或控制量标号1＃涡轮流量计 FT101 2＃涡轮流量计 FT102 电动调节阀FV101 ……以上连接图和仪表仅为本控制系统中的设计提供思路，并不完整，其它部分还需根据自己的设计思路添加。
三、功能要求1) 有组态界面，可观察控制效果，用户操作方便。
2) 可手动输入数据，比如主动量设置、流量比值设置等。
3) 工艺参数在线曲线，可观察控制系统的运行效果。
4) 可在线修改工艺参数。
5)对扰动有较好的抑制能力。
四、控制原理FT 1022#调节阀FV101FT 101比值器调节器Q 2Q 11#图１ 比值控制原理示意图单回路控制系统解决了工艺生产过程自动化中大量的参数定值问题。
但是，随着现代工业生产的迅速发展，工艺操作条件的要求更加严格，对安全运行和经济性及对控制质量的要求也更高。
但回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求，在这样的情况下，双闭环串级控制系统就应运而生。
双闭串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到广泛地应用，串级控制系统是指不止采用一个控制器，而是将两个或几个控制器相串级，是将一个控制器的输入作为下一个控制器设定值的控制系统。
双闭环串级控制系统，就其主回路来看是一个定值控制系统，而副回路则是一个随动系统，主调节器的输出能按照负荷和操作条件的变化而变化，从而不断改变副调节器的给定值，使副回路调节器的给定值适应负荷并随操作条件而变化，即具有一定的自适应能力。
正确合理地设计一个串级控制系统是要其能充分发挥如上所述系统的各种特点。
在系统设计时应包括主、副回路的设计，主、副调节器控制规律的选择及正、反作用方式的确定。
五、系统规划及详细设计1.控制方案根据设计要求，系统采用单闭环比值控制。
双闭环流量比值控制系统设计最牛逼设计
目录1.前言 (1)2.总体方案设计 (2)2.1方案比较 (2)2.2 方案论证 (3)2.3 方案选择 (3)3.硬件部分设计 (4)3.1 三菱FX系列PLC (4)3.2 耐腐蚀泵 (5)3.3西门子MM440变频器 (5)3.3 计量螺旋 (6)4.PLC控制系统设计 (8)4.1 输入和输出 (8)4.2设定参数数据存储器地址 (8)4.3 变频器调节 (8)4.4 PID控制 (8)5.系统功能 (10)6.设计总结 (12)6.1 结论 (12)6.2 心得体会 (12)7.致谢 (13)8.参考文献 (14)1.前言工业生产过程中，要求两种或多种物料成一定比例关系，一旦比例失调，会影响生产的正常进行，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，所以严格控制其比例，对于安全生产来说是十分重要的。
尤其在化工生产中，经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合或进行化学反应，如果比例失调，轻则造成产品质量不合格，重则会造成生产事故或发生人身伤害，给企业带来较大的损失。
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，否则将使燃烧反应不能正常进行，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。
比值控制的目的就是为了实现几种物料符合一定比例关系，以使安全生产正常进行。
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.由于过程工业中大部分物料都是以气态,液态或混合的流体状态在密闭管道,容器中进行能量传递与物质交换,所以保持两种或几种物料的比例实际上是保持两种或几种物料的流量比例关系,因此比值控制系统一般是指流量比值控制系统.在需要保持比值关系的两种物料中,必有一种物料处于主导地位,这种物料称之为主物料,表征这种物料的参数称之为主动量。
由于在生产过程控制中主要是流量比值控制系统,所以主动量也称为主流量,用F1表示；而另一种物料按主物料进行配比,在控制过程中随主物料而变化；因此称为从物料,表征其特性的参数称为从动量或副流量,用F2表示。
三级液位仿真系统双闭环比值控制系统实验报告
三级液位仿真系统双闭环比值控制系统实验报告实验报告:三级液位仿真系统双闭环比值控制系统一、引言液位控制是工业自动化中的重要应用之一、液位控制系统的目标是使液位保持在设定值附近，并且在输入条件发生变化时能够快速恢复到稳定状态。
本实验针对三级液位仿真系统，设计了双闭环比值控制系统，旨在通过控制液位流量比值来实现液位的稳定控制。
二、实验原理在三级液位仿真系统中，通过给定流量值控制输入泵的流量，控制出口泵的速度以满足液位控制要求。
传感器采集液位信号并反馈给控制系统，经过控制计算得到输出调节量，控制输入泵和出口泵的流量值。
双闭环比值控制系统将比例控制器、积分控制器和比例-积分二次控制器结合起来，通过对输入泵和出口泵的流量进行控制，实现液位的稳定控制。
其中，比例控制器通过控制出口泵的速度来调节液位；积分控制器通过控制输入泵的流量来增加系统的稳定性。
比例-积分二次控制器结合了比例控制器和积分控制器的优点，既能快速响应输出，又能保持系统的稳态。
三、实验步骤1.连接实验系统：将液位传感器和流量传感器分别连接到控制系统进行信号采集。
2.设置参数：根据实际系统，设置合适的参数，包括液位传感器和流量传感器的量程、比例控制器和积分控制器的参数等。
3.运行系统：启动实验系统，并设置液位的设定值。
4.控制开关：根据实验要求，打开或关闭比例控制器、积分控制器和比例-积分二次控制器。
5.实验记录：记录实验系统的响应速度、稳态误差和稳定性等参数，并与理论预期进行对比分析。
四、实验结果通过实验控制系统成功实现了液位稳定控制。
实验结果表明，比例-积分二次控制器的控制效果最好，能够快速响应输出，且稳定性较好。
比例控制器的控制效果次之，响应速度较快，但稳定性较差。
积分控制器的控制效果最差，响应速度相对较慢。
五、实验总结本实验通过三级液位仿真系统的双闭环比值控制系统，成功实现了液位的稳定控制。
实验结果表明，比例-积分二次控制器是一种有效的控制方法，能够在保证系统响应速度的同时保持稳态。
流量双闭环比值控制pid参数增定
流量双闭环比值控制pid参数增定在化工、炼油或其他工业生产过程中。
工艺中常需要两中或两中以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。
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。
常以保持两种或两种以上物料流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统［1]。
在需要保持比值关系的两种物料中，必有一种物料处于主导地位，这种物料称之为主物料，表征这种物料的的参数称之为主动量，由于在生产过程控制中主要是流量比值控制系统。
所以主动量也称为主流量，用F1表示；而另一种物料按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，因此称为从物料，表征其特性的参数称为从动量或副流量，用F2表示。
比值控制系统就是要实现副流量：F2与主流量F1成一定比例关系，满足关系： K =F2/F1，式中 K 为副流量与主流量的流量比值。
1.控制系统设计分析1.1控制要求(1）在化工、炼油及其它工业生产工程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。
在本实践中，将仿真比值控制系统，保持两个支路的流量Q1与Q2成一定比例关系，即： K =Q2?MQ1。
(2）当存在扰动时，两个流量仍能保持一定的比例，因此要求系统具有较好的抗干扰能力。
2.控制对象特征(1）本系统采用双闭环比值控制，其中支路1的流量Q1为主流量，支路2的流量Q2为副流量。
整个系统使用两个水泵，一个电磁流量计，一个涡轮流量计，一个电动调节阀以及一个变频器。
(2）在本次设计中，对象包括调节阀，及其所连接的管路。
(3）系统扰动大，工况不是很稳定。
(4）广义对象传函符合高阶特性，但 PID 控制不要求对象模型精度很高，故可以用一阶传递函数来模拟。
(5)系统仿真分析该控制系统具备两个闭合回路，主回路和副回路，两个回路通过比值器相连，主回路的输出量是副回路的输入量，两个回路相辅相成，但是又相互独立。
双闭环流量比值控制比值的课程设计任务书
一、设计题目双闭环流量比值控制二、主要内容熟悉THJ-2型高级过程控制系统实验装置，获取电动阀支路的流量和变频器－磁力泵支路的流量曲线，利用实验建模法求出它们的数学模型。
根据串级控制，选择合适的调节器控制规律，并在Matlab上进行仿真。
最终在过程控制系统实验装置平台上完成实际系统的调试，并说明两种方法的所得结果的差别。
三、具体要求1.从组成、工作原理上对工业型传感器、执行机构有一深刻的了解和认识。
2.分析控制系统各个环节的动态特性，从实验中获得各环节的特性曲线，建立被控对象的数学模型。
3.根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。
4.在Matlab上进行仿真，调节控制器参数，获得最佳控制效果。
5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法，并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。
6.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异，巩固所学的知识。
四、进度安排第一周分组；查找资料；对象模型的获取，Matlab仿真第二周系统调试，撰写课程设计报告，答辩五、完成后应上交的材料课程设计报告。
六、总评成绩指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日目录一、被控对象以及仪器仪表的描述二、控制方案选择及其论述，控制系统方框图及其说明三、对象的特性曲线测试，对象的数学模型四、matlab仿真五、控制系统连线示意图及说明，并且记录最佳控制结果的调节器参数以及结果曲线六、心得体会一、被控对象以及仪器仪表的描述1.1系统简介“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。
该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈—反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。
1.2被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。
流量比值控制系统的设计
流量比值控制系统的设计1引言在生产过程中，凡是将两种或两种以上的物料量自动地保持一定比例关系的控制系统，就称为比值控制系统。
在化工行业中，流量控制是非常重要的。
本文主要介绍了一种流量比值控制系统，经实验和实践运行，证明该系统具有结构简单、稳态误差小、控制精度高等优点。
2工作原理比值控制有开环比值控制、单闭环比值控制和双闭环比值控制三种类型。
开环比值控制是最简单的控制方案。
单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的缺点而设计的，这种方案的不足之处是主流量没有构成闭环控制。
本系统采样双闭环比值控制方案。
图1kcl-h2so4双闭环流量比值控制系统原理图由图1所示，第一个闭环控制系统是主流量氯化钾本身构成的流量闭环控制系统，当设置确定后，通过闭环调节作用，消除扰动的影响，使氯化钾的流量稳定在设定值上，主流量闭环控制系统属于恒值控制系统。
第二个闭环控制系统是副流量硫酸闭环控制系统，其输入量是经过检测与变送后的氯化钾流量信号q1与比值系数k1的乘积。
硫酸副流量闭环控制系统由副控制器1、硫酸泵变频器、硫酸泵以及检测点2/变送器2等组成。
副流量闭环控制系统属于跟随系统。
3流量比值控制系统设计3.1 流量比值控制系统构成氯化钾与硫酸流量比值控制系统是由三菱fx2nc系列plc、耐腐蚀泵、西门子mm440变频器、计量螺旋、电磁流量计等组成。
流量比值控制系统方框图如图2所示。
图2流量比值控制系统方框图（1）三菱fx2nc系列plc。
fx2nc系列plc具有很高的性能体积比和通信功能，可以安装到比标准的plc小很多的空间内。
i/o型连接器可以降低接线成本，节约接线时间。
i/o 点数可以扩展到256点，最多可以连接4个特殊功能模块。
（2）耐腐蚀泵。
硫酸属于腐蚀性介质，输送泵必须采用耐腐蚀泵。
本系统采用ihf 6550-160型氟塑料离心泵，泵进口直径65mm；出口直径50mm；叶轮名义直径160mm；转速2900r/nin，流量25m3/h；扬程32m；电机功率5.5kw。
双闭环管道流量比值控制系统设计报告
PLC控制技术实训评分表课程名称：PLC控制技术实训设计题目：单容液位变频器PID单回路控制,比值控制系统班级：学号：：指导老师：年月日常熟理工学院电气与自动化工程学院《PLC控制技术实训》报告题目：单容液位变频器PID单回路控制比值控制系统设计姓名：李良、何龙太莫勇、高虎学号：160112109、160112106160112113、160112104 班级：自动化121指导教师：刘叔军起止日期：2015.6.29~7.12摘要本课题针对液位控制系统系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，实现PID对水箱液位的控制。
针对比值控制系统进行模拟复杂控制系统设计、分析和测试研究，该系统通过涡轮流量计、电磁流量计进行信号采集，以工控组态软件组态王上位机监控P 画面并对PID参数调节，实现对比值系统的控制。
关键词：PLC PID控制液位控制比值控制组态王流量目录1、引言..................................................... 错误!未定义书签。
1.1主要内容............................................................... 错误!未定义书签。
1.2任务要求 .............................................................. 错误!未定义书签。
2、设计方案 ............................................. 错误!未定义书签。
2.1设计原理 .............................................................. 错误!未定义书签。
2.2设计方案论证 ....................................................... 错误!未定义书签。
双闭环控制系统设计
运动控制课程设计双闭环系统的最佳工程设计目录1. 课程设计任务书 (1)1.1系统性能指标 (1)1.2设计内容 (1)1.3应完成的技术文件 (1)2．课程设计设计说明书 (2)2.1综述 (2)2.2整流电路 (2)2.3触发电路的选择和同步 (3)2.4双闭环控制电路的工作原理 (4)3. 设计计算书 (6)3.1整流装置的计算 (6)3.1.1变压器副方电压 (6)3.1.2变压器和晶闸管的容量 (6)3.1.3平波电抗器的电感量 (7)3.1.4晶闸管保护电路 (8)3.2 控制电路的计算 (9)3.2.1已知参数 (9)3.2.3预选参数 (10)3.2.5最佳典型II型速度环的计算 (12)3.3系统性能指标的分析计算 (13)3.3.1静态指标的计算 (13)3.3.2动态跟随指标的计算 (14)3.3.3动态抗扰动指标的计算 (14)参考资料 (16)4.附图和附表 (17)4.1动态结构图和相应的动态结构参数图 (17)4.2典Ⅰ典Ⅱ的开环对数幅频特性图 (17)4.3系统参数表 (18)4.4元件明细表 (22)4.5系统原理图 (23)1. 课程设计任务书1.1系统性能指标1)条速范围D>102)静差率s<5%3)电流超调量<5%4)空载起动到额定转速的超调量<10%，调整时间<1s5)当负载变化20%的额定值，电网波动10%额定值时，最大动态速降<10%,动态恢复时间<0.3s1.2设计内容1)设计系统原理图2)计算调节器参数及其它参数3)编写课程设计说明书1.3应完成的技术文件1)设计说明书2)设计计算书3)系统原理图4)电气元件明细表2．课程设计设计说明书2.1综述随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。
相对于单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程的弱点。
双闭环控制则很好的弥补了他的这一缺陷。
基于MCGS的双闭环流量比值控制系统的设计
基于MCGS的双闭环流量比值控制系统的设计【摘要】首先分析实际工业生产过程中比值控制的意义和重要性，然后对开环流量比值控制、单闭环流量比值控制和双闭环流量比值控制进行了比较，再提出了双闭环流量比值控制系统的设计方案，最后对该系统进行了调试。
【关键词】MCGS组态软件双闭环流量比值控制PID调节器随着工业生产自动化程度的提高，企业对工厂的过程控制系统也提出了更高要求。
工艺上经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合参加化学反应。
例如，以重油为原料生产合成氨时，在造气工段应该保持一定的氧气和重油比率，在合成工段则应保持氢和氮的比值一定；在加热炉中，需要保持燃料油与空气成一定的比例。
如果没有比值控制或比值失调，会影响生产的正常进行、甚至产生生产事故，因此比值控制在现代工业中发挥着非常关键的作用。
开环流量比值控制，当从动量受到外部干扰时，两物料的比值很难保持不变。
给其增加一个副流量的控制回路，便是单闭环流量比值控制，这样实现了副流量随主流量变化而变化，克服了本身干扰对比值的影响，但无法保证主物料的流量恒定不变。
本设计是在单闭环流量比值控制系统的基础上，增加一个主流量的控制回路，构成双闭环流量比值控制系统。
1 系统设计方案本系统有两条支路，一路是来自于电动阀支路的流量Q1，它是主动量；另一路是来自于变频器磁力泵支路的流量Q2，它是从动量。
要求从动量Q2能跟随主动量Q1的变化而变化，而且两者保持一定的比例关系Q2 / Q1=K.系统原理图和方框图如下：图2？系统方框图2 MCGS组态软件MCGS是一套全中文32 位工控组态软件，基于Windows95/98/Me/NT/2000 等平台，具有易用性、开放性和集成能力的用于快速构造和生成上位机监控系统的通用组态软件系统。
本设计在传统的需要人工监测和人工调节的过程控制基础上，加入了MCGS组态软件进行辅助控制，具有自动监测和自动调节功能，它能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警、动画显示、趋势曲线和报表输出等。
双闭环比值控制
过程控制工程课程设计报告设计题目：双闭环比值控制目录一.双闭环比值控制系统简介 (3)二.双闭环比值控制系统仿真综合实例 (4)三.双闭环比值控制系统实例步骤及仿真图 (5)四.参考历史文献 (12)五.心得体会 (15)一．双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统的特点是在保持比值控制的前提下，主动量和从动量两个流量均构成闭环回路，这样克服了自身流量的干扰，使主、从流量都比较平稳,并使得工艺总负荷也较稳定。
从动量控制回路是随动控制系统，期望系统响应快些，一般按单回路整定；主动量控制回路是定值控制系统，反应速度较慢时有利于从动控制回路的快速跟踪，一般整定为周期过程。
主、从控制回路均选择PI 控制方式。
二.双闭环比值控制系统系统仿真综合实例双闭环比值控制系统的工艺图及控制框图如下图所示。
假设主动控制量控制系统的数学模型和从动控制量控制系统的数学模型为t e s s G 5.1153)(-+=和s e s s s G 5.)120)(110(3)(-++=。
三.双闭环比值控制系统实例及仿真图（1）分析主动量控制系统和从动量控制系统稳定性。
执行该系统的Bode 图得，系统开环稳定，幅值稳定裕量7.05dB ，对应增益为2.25。
（2)选择控制系统结构和调节器形式。
控制系统框图如图下图1所示。
其中k 代表比值，在此设定为4.)(1s GC 和)(2s GC 分别为主动量控制环和从动控制环的控制器，按前述分析取PI 形式。
图1控制系统框图（3)整定主动量回路控制器参数。
仍采用稳定边界法整定系统参数。
设定停止时间为60.0，Relative tolerance设定为1e-5。
仿真图如下图2。
图2主动量回路控制器参数整定仿真图控制Kp不断减小为8.2时，得到等幅振荡图如下图3，放大图为图4，估计出临界振荡周期Tk为4。
Ki=Kp*T/Ti。
图3图4由稳定边界法临界振荡计算公式得Kp=2.2*8.2/10=1.804；Ki=8.2*（4/1.2）/1000=0.333。
(完整版)双闭环比值控制系统---毕业课程设计
《过程控制》课程设计报告题目：双闭环比值控制系统的分析与设计姓名：王飞学号：专业：自动化年级：2010级指导教师：李天华目录1 任务书 11.1设计题目 --- 11.2设计任务 --- 11.3原始数据 --- 21.4设计内容 --- 22 研究背景 33 研究意义 44 研究内容 45 论文组织 55.1衰减曲线法整定主动量回路控制器参数 -- 55.2反应曲线法整定从动量回路控制器参数 -- 85.3双闭环比值控制系统仿真及性能测试 --- 115.4双闭环比值控制系统的抗干扰能力检验 - 136 双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各自的优缺点 --- 16 6.1双闭环比值控制与串级控制的区别 ----- 166.2双闭环比值控制的优、缺点 176.3串级控制的优、缺点 ----- 177 总结 178 参考文献 ------ 17附录：双闭环比值控制最终整定结果(Simulink图) 181任务书1.1设计题目双闭环比值控制系统的分析与设计1.2设计任务在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。
如：燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛；制药生产中要求药物和注入剂按比例混合；造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例；水泥配料系统等等。
凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。
主动量：起主导作用而又不可控的物料流量Q1；从动量---跟随主动量而变化的物料流量Q2；比例系数：k=在生产过程中，根据工艺过程容许的负荷波动幅度、干扰因素的性质和产品质量的要求不同，实现对两种物料流量比值的控制方案也不同：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、变比值控制系统。
双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，其流程图和方框图分别如图 1和图2所示。
双闭环比值控制系统
项目五 比值控制系统
5.1 概述
工业生产过程中，经常需要两种或两种以上的物 料按一定比例混合或进行反应。一旦比例失调，就会 影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消 耗动力，造成环境污染，甚至造成生产事故。最常见 的是燃烧过程，燃料与空气要保持一定的比例关系， 才能满足生产和环保的要求；造纸过程中，浓纸浆与 水要以一定的比例混合，才能制造出合格的纸浆；许 多化学反应的多个进料要保持一定的比例。因此，凡 是用来实现两种或两种以上的物料量自动地保持一定 比例关系以达到某种控制目的的控制系统，称为比值 控制系统。
5.2.1 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控制方案的不足， 在开环比值控制系统的基础上，增加一个从动量的闭环控制系统， 如图5.2所示。
图5.2 单闭环比值控制系统
与串级控制系统的区别？
项目五 比值控制系统
在稳定状态下，主、副流量满足工艺要求的比 值，F2/F1＝K。当主流量变化时，其主流量信号F1 经变送器送到比值计算装置（通常为乘法器或比值 器），比值计算装置则按预先设置好的比值使输出 成比例地变化，也就是成比例地改变副流量控制器 的设定值，此时副流量闭环系统为一个随动控制系 统，从而使F2跟随F1变化，使得在新的工况下，流 量比值K保持不变。当主流量没有变化而副流量由 于自身扰动发生变化时，副流量闭环系统相当于一 个定值控制系统，通过自行控制克服扰动，使工艺 要求的流量比值仍保持不变。
图5.3 丁烯洗涤塔进料与 洗涤水之比值控制
项目五 比值控制系统
单闭环比值控制系统中，虽然两物料比值一 定，但由于主动量是不受控制的，所以总物料量 （即生产负荷）是不固定的，这对于负荷变化幅度 大—物料又直接去化学反应器的场合是不适合的。 因负荷的波动有可能造成反应不完全，或反应放出 的热量不能及时被带走等，从而给反应带来一定的 影响，甚至造成事故。此外，这种方案对于严格要 求动态比值的场合也是不适应的。因为这种方案的 主动量是不定值的，当主动量出现大幅度波动时， 从动量相对于控制器的设定值会出现较大的偏差， 也就是说，在这段时间里，主、从动量的比值会较 大地偏离工艺要求的流量比，即不能保证动态比值。
图4双闭环比值控制系统
项目五 比值控制系统
以图5.7所示硝酸生产中氧化炉的炉温与氨气/空气比值所组成 的串级比值控制方案为例，说明变比值控制系统的应用。
图5.7 氧化炉温度与氨气/空气串级比值控制系统
项目五 比值控制系统
在变比值控制方案中，选取的第三参数主要是衡量质量 的最终指标，而流量间的比值只是参考指标和控制手段。因 此在选用变比值控制时，必须考虑到作为衡量质量指标的第 三参数能否进行连续的测量变送，否则系统将无法实施。由 于具有第三参数自动校正比值的优点，且随着质量检测仪表 的发展，变比值控制可能会越来越多地在生产上得到应用。 需要注意的是，上面提到的变比值控制方案是用除法器 来实施的，实际上还可采用其他运算单元（如乘法器）来实 施。同时从系统的结构看，上例是单闭环变比值控制系统， 如果工艺控制需要，也可构成双闭环变比值控制系统。
F2 ＝K F 1
（5-1）
式中，K为从动量与主动量的比值。 由此可见，在比值控制系统中，从动量是跟随主动量变化的物 料流量，因此，比值控制系统实际上是一种随动控制系统。
项目五 比值控制系统
5.2 比值控制系统的类型
按照系统结构，可将比值控制系统分为单闭环、双闭环和变 比值控制系统三种结构类型。 从控制原理看，比值控制系统属于前馈控制系统。开环比值 控制系统是最简单的比值控制系统。当F2因管线两端的压力波动 而发生变化时，系统不起控制作用，此时难以保证F2与F1间的比 值关系。也就是说，开环比值控制系统对来自于从动量所在管线 的扰动并无抗干扰能力，只能适用于从动量较平稳且对比值要求 不高的场合。而实际生产过程中，对F2的扰动常常是不可避免的， 因此生产上很少采用开环比值控制系统。
项目五 比值控制系统
5.3 比值系数的计算
在此，有必要把流量比值K和设置于仪表的比值 系数 K′区别开来，因为工艺上规定的比值是指两物 料的（质量或体积）流量之比，而目前通用的仪表则 使用统一的标准信号（例如，电动仪表使用0～10 mA或4～20 mA直流电流信号，气动仪表使用20～ 100 kPa气压信号等）。因此，必须把工艺规定的流 量比值K折算成仪表信号的比值系数 K′，才能进行比 值设定。比值系数的折算方法随流量与测量信号间是 否成线性关系而不同。
双闭环比值控制系统介绍
从物料、从动量（Q2 、副流量）
副流量Q2与主流量Q1的比值关系为
K Q2 Q1
双闭ห้องสมุดไป่ตู้比值控制系统框图
工艺流程： 主参数：
原料油流量； 从参数：
催化剂流量；
PID控制器调试步骤：
1. 要求先整定主流量回路（原料油流量回路）的调节 器参数，待主回路系统稳定后，再整定从回路（催 化剂流量回路）中的调节器参数 ；
4. 对截图曲线进行分析与说明；
5. 回答指导书中本实验后面的问题。
双闭环比值控制系统 介绍
杨春曦
1.最大偏差或超调量 指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。在衰减
振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值。 2. 衰减比
衰减比是衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。习惯 表示为 n:1，一般 n 取为4～10之间为宜。
一、双闭环比值控制系统概况
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。通常为流量比值控制系统。
2. 对于主、从回路参数的整定实行先比例、后积分， 再微分的整定步骤；
实验内容：
1. 调节两个PID控制器参数，得到下主、从参数的衰 减比为4:1，并记录下调试过程中的参数和截图， 填写指导书中的表格；
2. 改变物料比例系数，观察流量比值的变化，并截图；
3. 加入扰动（包括主、从回路扰动），观察其克服干 扰过程，并截图；
过程控制系统—比值控制系统(工业仪表自动化)
小结
比值控 制系统
比值控制系统的定义。 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。
ห้องสมุดไป่ตู้
思考
什么是比值控制系统？
比值控制系统
比值控制系统
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。通常为流量比值控制系统。
几个概念
主物料、主动量（Q1 、主流量） 从物料、从动量（Q2 、副流量）
副流量Q2与主流量Q1的比值关系为 K Q2 Q1
比值控制系统
开环比值控制系统
图1 开环比值控制
图2 开环比值控制方块图
比值控制系统
图3 单闭环比值控制
图4 单闭环比值控制系统方块图
比值控制系统
它能实现副流量随主流量的变化而变化，还可以克服副流量本 身干扰对比值的影响。
结构简单，实施方便，尤其适用于主物料在工艺上不允许进 行控制的场合。
虽然能保持两物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的， 当主流量变化时，总的物料量就会跟着变化。
比值控制系统
双闭环比值控制系统 它是在单闭环比值控制的基础上，增加了主流量控制回路而构成的。
图5 双闭环比值控制
图6 双闭环比值控制系统方块图
比值控制系统
实现了比较精确的流量比值，也确保了两物料总量基本不变。 提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量控制器的给定值，就可以
提降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并保持两者比值不变。 结构较复杂，使用的仪表较多，投资较大，系统调整较麻烦。 主要适用于主流量干扰频繁、工艺上不允许负荷有较大波动或工艺上
比值控制系统
结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值 要求来设定。
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目录摘要 0双闭环流量比值控制系统设计 (1)1、双闭环比值控制系统的原理与结构组成 (1)2、课程设计使用的设备 (1)3、比值系数的计算 (2)4、设备投运步骤以及实验曲线结果 (2)5、总结 (6)6、参考文献 (6)摘要在许多生产过程中，工艺上常常要求两种或者两种以上的物料保持一定的比例关系。
一旦比例失调，会影响生产的正常进行，造成产量下降，质量降低，能源浪费，环境污染，甚至造成安全事故。
这种自动保持两个或多个参数间比例关系的控制系统就是比值控制所要完成的任务。
因此比值控制系统就是用于实现两个或两个以上物料保持一定比例关系的控制系统。
需要保持一定比例关系的两种物料中，总有一种起主导作用的物料，称这种物料为主物料，另一种物料在控制过程中跟随主物料的变化而成比例的变化，这种无物料成为从物料。
由于主，从物料均为流量参数，又分别成为主物料流量和从物料流量，通常，主物料流量用Q1表示，从物料流量用Q2表示，工艺上要求两物料的比值为K，即K=Q2/Q1.在比值控制精度要求较高而主物料Q1又允许控制的场合，很自然就想到对主物料也进行定值控制，这就形成了双闭环比值系统。
在双闭环比值系统中，当主物料Q1受到干扰发生波动时，主物料回路对其进行定值控制，使从物料始终稳定在设定值附近，因此主物料回路是一个定值控制系统，而从物料回路是一个随动控制系统，主物料发生变化时，通过比值器的输出，使从物料回路控制器的设定值也发生变化，从而使从物料随着主物料的变化而成比例的变化。
当从物料Q2受到干扰时，和单闭环控制系统一样，经过从物料回路的调节，使从物料稳定在比值器输出值上。
双闭环比值控制系统由于实现了主物料Q1的定值控制，克服了干扰的影响，使主物料Q1变化平稳。
当然与之成比例的从物料Q2变化也将比较平稳。
根据双闭环比值控制系统的优点，它常用在主物料干扰比较频繁的场合，工艺上经常需要升降负荷的场合以及工艺上不允许负荷有较大波动的场合。
本实验通过了解双闭环比值控制系统的原理与结构组成，进行双闭环流量比值控制系统设计（包括仪表选型）以及进行比值系数的计算，最后基于WinCC进行监控界面设计，给出不同参数下的响应曲线，根据扰动作用时，记录系统输出的响应曲线。
双闭环流量比值控制系统设计1、双闭环比值控制系统的原理与结构组成在工业生产过程中,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。
本设计是双闭环流量比值控制系统。
其系统结构图如图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，而且两者间保持一个定值的比例关系，即Q2/Q1=K。
图6-2 双闭环流量比值控制系统(a)结构图 (b)方框图(a)结构图 (b)方框图图1 双闭环流量比值控制系统由图中可以看出双闭环流量比值控制系统是由一个定值控制的主流量回路和一个跟随主流量变化的副流量控制回路组成，主流量回路能克服主流量扰动，实现其定值控制。
副流量控制回路能抑制作用于副回路中的扰动，当扰动消除后，主副流量都回复到原设定值上，其比值不变。
显然，双闭环流量控制系统的总流量是固定不变的。
从整定的角度看，应使从物料回路响应较主物料回路快一些，以便从物料能跟得上主物料的变化，保证主，从物料的比值恒定。
2、课程设计使用的设备2.1. THJ-3型高级过程控制系统实验装置，如下图所示：本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
2.2 THJ-3型西门子PLC过程控制系统。
该过程控制系统的控制柜主要由电源控制组件、西门子PLC控制组件、变频器控制组件等几部分组成。
是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。
该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。
2.3 西门子S7系列PLC 编程软件。
本装置中PLC 控制方案采用了德国西门子公司的S7-300PLC ，采用的是Step 7编程软件。
利用这个软件可以对PLC 进行编程、调试、下装、诊断。
2.4 西门子WinCC 监控组态软件。
S7-300PLC 控制方案采用WinCC 软件作为上位机监控组态软件，WinCC 是结合西门子在过程自动化领域中的先进技术和Microsoft 的强大功能的产物。
作为一个国际先进的人机界面(HMI)软件和SCADA 系统，WinCC 提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板；并具有高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据；WinCC 还为用户解决方案提供了开放的界面，使得将WinCC 集成入复杂、广泛的自动化项目成为可能。
3、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～Q max 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Q 1和副流量Q 2所对应变送器的输出电流分别为I 1＝416max11+⨯Q Q (1) I 2＝416max 22+⨯Q Q (2) 式中Q 1max 和Q 2max 分别为Q 1和Q 2 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Q 1max ＝Q 2max 。
设工艺要求Q 2/Q 1＝K ，则式（6-1）、（6-2）可改写为Q 1＝16)4(1-I Q 1max (3) Q 2＝16)4(2-I Q 2max (4) 于是求得12Q Q ＝4412--I I ×max 1max 2Q Q ＝4412--I I (5) 折算成仪表的比值系数K ′为K ′＝K ×max2max 1Q Q ＝K (6) 4、设备投运步骤以及实验曲线结果4.1阀门开关选择：本设计选择电动阀支路和变频器支路组成流量比值控制系统。
投运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、F2-1、F2-5全开，其余阀门均关闭。
4.2具体的实验内容与步骤如下：，N与N1、N2、N3短接，D1、D2、D3分别接面板DO1、DO2、DO3；弱电连线：将“FT1电动阀支路流量”（1-5V信号）对应接至模拟量输入通道AI0的+、-，将“FT2变频器支路流量”（1-5V信号）对应接至模拟量输入通道AI1的+、-；将模拟量输出通道AO0接至电动阀控制输入的+、-，模拟量输出通道AO1接至变频器控制输入的+、-。
接线如下图所示：，闭合三相电源和单向电源，打开电动调节阀、变频器与控制站电源，给电动调节阀、变频器、S7-300PLC上电。
如下图所示：7软件，打开“S7-300PLC”程序进行下载，然后运行WinCC组态软件，打开“S7-300PLC控制系统”工程，然后激活WinCC运行环境，在主菜单中点击“实验十六、双闭环流量比值控制”，进入“实验十六”的监控界面。
，并将输出值设置为一个合适的值。
如下图所示：，三相磁力泵上电打水，适当增加/减少副调节器的输出量，使电动阀支路流量平衡于设定值。
，并按照单回路调节器参数的整定方法整定副流量回路的调节器参数，并按整定后的PI参数进行副流量调节器的参数设置，同时将副调节器投入自动运行。
，通过以下几种方式加干扰：（1）突增（或突减）主调节器输出值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（2）将中水箱进水阀F2-4开至适当开度（副流量扰动）；（3）将电动调节阀的旁路阀F1-4（同电磁阀）开至适当开度；（4）将中水箱进水阀F1-7开至适当开度；以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。
，重复步骤9，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。
的变化，并记录相应的动态曲线。
，观察副流量Q2实验曲线和分析如下：图一图二由图二与图一对比可知，在比例控制系统中，U（t)=KcE(t)+U0，在线性范围内，主调节器减少比例度Kc，系统输出U（t) 减少，系统稳定性增强，控制时间变长, 残差增大，同时系统超调减少。
图三由图三可知，主调节器与副调节器相对比，减小比例度Kc，系统控制时间增强，振荡频率降低，稳定性增强。
同时，图三与上两个图一和图二相对比来说，加入微分控制后，在主调节器中，调节频率提高，系统偏差减小，系统稳定性增强。
图四图四与图一，图二相对比，引入积分作用，属于无差控制，与比例控制中的有差控制形成鲜明对比，控制时间较慢，稳定性较差，属于浮动调节。
图四与图三相比例微分控制相对比，也体现了无差控制，同时稳定性减弱。
但从控制效果上来看，此实验控制对象为流量，滞后时间较小，而且在管路中存在不规则的干扰噪声，因此此图中的PI控制效果较好。
图五图五与图四相对比，在比例度不变情况下，主调节器减少积分时间，主调节器积分作用增强，系统振荡频率增加，系统稳定性变差。
同时，副调节器与图四中副调节器相对比，比例度较大，系统振荡频率较强，出现超调现象，系统稳定性大大降低。
图六图六与图五相对比，主调节器积分时间不变情况下，比例度减小，系统超调减小，系统振荡频率减少，稳定性增强。
主调节器与副调节器对比，积分时间减小，积分作用增强，消除稳态误差较快，系统振荡频率较快，系统稳定性较差。
图七图七与图六相对比，主调节器比例度不变情况下，积分时间变长，积分作用变弱，系统稳定性增强。
同时，副调节器与主调节器相对比，积分时间减小，积分作用增强，系统振荡频率较快，稳定性较差。
图八图八与图七相比，主调节器比例度增大，系统超调变大，稳定性减弱。
同时，积分时间变长，系统输出u减小，积分作用变弱，消除稳态误差较慢，稳定性增强。
图九图九与图八相对比，主调节器比例度增大，系统超调较大，系统振荡加强，系统稳定变弱。
同时，积分时间减少，积分作用增强，系统振荡加强，稳定性下降。
图十图十与图九相对比，主调节器减小比例度，系统振荡减少，稳定性增强。
此时，主调节器测量值较稳定，积分时间与比例度选取较为合适。
而副调节器振荡较为明显，比例度和积分时间选取不合适。
图十一图十一与图十相对比，主调节器引入微分作用，由于该实验控制对象滞后时间较短，而且管道中存在不规则噪声，引入微分后效果不那么明显，比例积分微分同时作用，达到了无稳态误差，稳定性较好的效果。