权威的比值控制系统讲解
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比值控制系统详解
图5.4 变 比 值 控 制 系 统
（1）工 艺 图 ； （ 2）控 制 方 框 图
第
7 章
比
Q2
值 控 制 系 统
过 程 控 制 系 统 仿 真
7.1 比值控制系统基础知识
7.1.2 比值控制系统的类 型
4．变比值控制系统
可见，变比值控制是一种内外环嵌套的复合控制，内 环控制从物料的变化，外环控制第三参量的变化。通过 第三参量的变化实现系统的变比值控制。
给定值
给定值
-
+
-
+
主控制器
+
主控制器
+ -
-
变送器 变送器
检测 检测
比值控制器
副流量控制阀
比值控制器
副流量控制阀 变送器
干扰
副流量对象 干 扰 主 对 象
副流量对象 流量检测
主对象
除法器
变送器
流量检测
Q1
除法器
变送器
流量检测
Q1
变送器 （2）
流量检测
图5.4 （变2比） 值 控 制 系 统 （1）工 艺 图 ； （ 2）控 制 方 框 图
真 料流量在新的流量数值的基础上，保持原设定值的比值关系不变。
总之, 单闭环比值控制系统虽然能保持主、副物料流量比值不变，但是无法控制主物 料的流量不变，因此，对生产过程的生产能力没有进行控制。该控制系统能保证主、副 物料的流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。
第
7 章
系 统
常见的流量检测有：
过
�差压式流量计通过测量流动过程中两点的压力差，然后根据压力差与流量关系实现流量检测；
程 控 制 系
（1）工 艺 图 ； （ 2）控 制 方 框 图
第
7 章
比
Q2
值 控 制 系 统
过 程 控 制 系 统 仿 真
7.1 比值控制系统基础知识
7.1.2 比值控制系统的类 型
4．变比值控制系统
可见，变比值控制是一种内外环嵌套的复合控制，内 环控制从物料的变化，外环控制第三参量的变化。通过 第三参量的变化实现系统的变比值控制。
给定值
给定值
-
+
-
+
主控制器
+
主控制器
+ -
-
变送器 变送器
检测 检测
比值控制器
副流量控制阀
比值控制器
副流量控制阀 变送器
干扰
副流量对象 干 扰 主 对 象
副流量对象 流量检测
主对象
除法器
变送器
流量检测
Q1
除法器
变送器
流量检测
Q1
变送器 （2）
流量检测
图5.4 （变2比） 值 控 制 系 统 （1）工 艺 图 ； （ 2）控 制 方 框 图
真 料流量在新的流量数值的基础上，保持原设定值的比值关系不变。
总之, 单闭环比值控制系统虽然能保持主、副物料流量比值不变，但是无法控制主物 料的流量不变，因此，对生产过程的生产能力没有进行控制。该控制系统能保证主、副 物料的流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。
第
7 章
系 统
常见的流量检测有：
过
�差压式流量计通过测量流动过程中两点的压力差，然后根据压力差与流量关系实现流量检测；
程 控 制 系
比值控制系统-PPT课件
2、单闭环比值控制系统
单闭环比值系统是为了克服开环比值系统 的存在的不足，在开环系统的基础上，增加一个 副流量的闭环控制系统。即实现副流量跟随主流 量的变化而变化，又可克服副流量本身干扰对比 值的影响。
两种控制方式
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。
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。
3、双闭环比值控制系统
主流量回路：克服流量扰动，实现定值控制。 副流量回路：抑制副回路的扰动，使副流量与主流量成比值关系。 优点：1、克服单闭环比值控制系统主流量不受控，生产负荷在 较大范围内波动不足，故增设了主流量控制回路，克服主流量干 扰的影响。 2、实现精确的流量比值关系，确保两物料总量基本保持不变。 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 担降主流量，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。
过程控制系统
比值控制系统
方法的产生
在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量 成一定的比例关系：一旦比例失调，会影响生产的 正常进行，影响产品的质量，浪费劳动力，造成环 境的污染，甚至产生生产事故。如： 1、燃烧过程：燃料与空气要保持一定的比例，才 能满足生产和环保的要求。 2、造纸过程：浓纸浆与水要以一定比例混合，才 能制造出合格 纸浆。 3、不少化学反应过程，多个进料要保持一定 比例。 4、制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。 5、水泥配料系统……
4、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 变化值控制系统， 比称为串级比值 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。
比值控制系统的工作原理
比值控制系统的工作原理
比值控制系统是一种基于偏差量和比例常数的控制系统。
其工作原理如下：
1. 比例控制：比值控制系统根据输入偏差量和比例常数，计算出输出信号。
比例控制的原理是通过将错误信号和一个固定的乘法因子相乘来产生输出信号。
这个因子就是比例常数，用于调整输出与输入之间的比例关系。
2. 反馈环路：比值控制系统通常采用反馈环路来实现。
它将输出信号与期望输出值进行比较，通过反馈回路将差异信号传递回控制器。
控制器根据差异信号调整输出信号，使其接近期望输出值。
这样，控制系统就能够实时地校正偏差，并不断调整输出信号以实现稳定的控制。
3. 闭环控制：比值控制系统通过闭环控制来实现。
它不仅考虑输入和输出之间的比例关系，还根据反馈信号对输出信号进行调整。
这种控制方式能够根据实际情况动态地调整输出信号，提高控制的准确性和稳定性。
总体而言，比值控制系统的工作原理是通过比例调节和反馈控制来实现对输出信号的调整和校正。
它能够实时地根据反馈信号对输出信号进行调整，达到期望的控制效果。
比值控制系统
升降负荷时，可改变R(S)
静态比值恒定的同时，
要求动态比值一定，因此
引入“动态补偿环
节”Wb(s)，由于副流量滞 后于主流量则动态补偿环 节应具有超前特性。
Wb(s)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
双闭环比值控制系统
适用于主副流量扰动频繁，
负荷变化较大，同时保证
主、副物料总量恒定的生
产过程。
三、串级比值控制系统
流量比m2= Q2 /Q1
是副参数，随R2的变 化而变化 主参数（质量指标） Y(s)，按一定的工艺 指标自动修正R2
Y(s)受扰动→ WT1输出R2变化→ m2变化 例如：烟气中含氧量→ 修正风煤比定值
四、有逻辑规律的比值控制系统
要求两个物料流量 保持一定比例的同 时，要求物料流量 的变动有一定的先 后次序 蒸汽压力为定值，表明汽轮机耗汽量和锅炉产汽量平衡
二、控制系统的整定
（一）信号的静态配合
流量与其测量信号呈线性关系
折算成仪表的比值系数 其中，
K I2 4 K Q1max
I1 4
Q2 m a x
WK (s) K
流量与其测量信号呈非线性关系
折算成仪表的比值系数
K
K
2
Q2 1m ax
Q2 2max
（二）动态补偿环节的整定
要求
Q2 Q1
s s
Wm1
sWb sWK sWT2sW 1WT 2sW2sWm2s
2
s
K
所以
Wb
s
1
WT 2sW2sWm2s Wm1sWT 2sW2s
Q2max Q1max
（三）动态参数的整定
单闭环比值控制系统的整定 1.把控制器的积分时间Ti放在最大，然后从大到小逐渐
静态比值恒定的同时，
要求动态比值一定，因此
引入“动态补偿环
节”Wb(s)，由于副流量滞 后于主流量则动态补偿环 节应具有超前特性。
Wb(s)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
双闭环比值控制系统
适用于主副流量扰动频繁，
负荷变化较大，同时保证
主、副物料总量恒定的生
产过程。
三、串级比值控制系统
流量比m2= Q2 /Q1
是副参数，随R2的变 化而变化 主参数（质量指标） Y(s)，按一定的工艺 指标自动修正R2
Y(s)受扰动→ WT1输出R2变化→ m2变化 例如：烟气中含氧量→ 修正风煤比定值
四、有逻辑规律的比值控制系统
要求两个物料流量 保持一定比例的同 时，要求物料流量 的变动有一定的先 后次序 蒸汽压力为定值，表明汽轮机耗汽量和锅炉产汽量平衡
二、控制系统的整定
（一）信号的静态配合
流量与其测量信号呈线性关系
折算成仪表的比值系数 其中，
K I2 4 K Q1max
I1 4
Q2 m a x
WK (s) K
流量与其测量信号呈非线性关系
折算成仪表的比值系数
K
K
2
Q2 1m ax
Q2 2max
（二）动态补偿环节的整定
要求
Q2 Q1
s s
Wm1
sWb sWK sWT2sW 1WT 2sW2sWm2s
2
s
K
所以
Wb
s
1
WT 2sW2sWm2s Wm1sWT 2sW2s
Q2max Q1max
（三）动态参数的整定
单闭环比值控制系统的整定 1.把控制器的积分时间Ti放在最大，然后从大到小逐渐
第4章 比值控制系统
K 1 Fh Fs 1 / 3 K 2 Fa Fs 1.4 / 3
16
因采用非线性检测变送环节，仪表比值系数的计算公式为：
K' K 2
2 F主 max 2 F从 max
可得
2 K '1 K 1
Fs2max Fh2max
1 320002 3 12500
2 2
0.7282
比值器参数准统一信号。以下分两种情况。
11
一、流量与测量信号成线性关系
对于Ⅲ型仪表输出4～20mA , 根据变送器的输出关系
I 4 16
'
F Fmax
可得
F2 F2 max F2 F1max F1max I2 4 K ( ) K( ) F1 F1max F1 F2 max F2 max I1 4
20
比值控制系统的实施方案有相乘和相除两类。 一般情况下，宜选择相乘控制方案。 采用计算机或DCS控制时，应选择相乘控制方案。 需要获得主从动量流量的实际比值时，建议用除法器作比值 运算，但不包含在控制回路内部。
21
三、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。
第4章比值控制系统
比值控制系统基本概念
比值控制系统的基本类型
比值控制系统设计 比值控制系统参数整定
1
4-1、概述
一、定义
实现两个或两种以上 参数符合一定比例关 系的控制系统，称为 比值控制系统。
2
二、关系
在需要保持比值关系的两种物料中，必有一直处于主导
地位，这种物料称为主物料，表征这种物料的参数称之
比值控制系统.
即：主动量与从动量的比值按照第三参数的需要而变化。 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：氧化炉温度对氨气—空气串级比值控制系统
氨气+空气生产硝酸
FC
空气/氨气
TC
温度
÷
FT
氨气 F2 空气 F1
混 合
FT
氧 化 炉
预 热
工作原理：
氧化炉温度对氨气/空气串级比值控制系统
I1 Q1 I 2 Q2 ； 20 Q1max 20 Q 2max I 2 20 Q 2 /Q 2max K' I1 20 Q1/Q1max Q1max K ' K显 K Q 2max
I 20 I1 0 0 0% Q1 Qmax 100% Q
当测量信号为4~20mA时，有：
0 0%
Q1
Qmax 100%
Q
4. 测量信号与被测量之间成平方关系时：
氨气+空气按照一定比值进入氧化炉，在铂触媒作用， 840度温度下，放热反应产生硝酸和一氧化氮。 氨气浓度对温度又有影响，浓度每下降1%，温度下降 64度。所以比值不是定值，要补偿温度的变化。
氧化炉温度对氨气/空气串级比值控制系统方框图
主控制器
-
副控制器
控制阀
测量变送
流量对象
主对象
除法器 测量变送 主测量变送
存在问题：需要防止共振的产生。
4） 变比值控制系统
变比值控制系统 有的系统要求比值不是定值，而是在一定条件或 随着某一个参数而变化的。 这种以第三参数为主参数（质量指标）和以主从 动量之比为副参数所组成的串级控制系统称为变比 值控制系统。
含义：按照一定的工艺指标，自行修正比值系数的比值 控制系统。
第七章 比值控制系统
(三)、双闭环比值控制 1、特点 能克服单闭环主流量不受控的不足。
2、系统组成：如下图所示。
7-3 a)
双闭环比值控制
设定值(定值)
给定(随动值)
7-3 a)
双闭环比值控制
3、另一优点：
升降负荷比较方便。 4、适用场合
常用在主流量干扰频繁或工 艺上不允许负荷有较大的波动， 或工艺上经常需要升降负荷的场 合。
K正比于静态工作点流量F0 F0变化，K变化，影响动态质量。 解决办法：加入开方器，或通过阀特性补偿
比值控制系统中非线性环节的影响
（2）除法器的非线性 除法器本身就是一个非线环节 补偿办法：通过对数阀特性补偿
K 比值控制器 控制阀 流量对象
F2
测量变送2 除法器 开方器 测量变送1
F1
比值控制系统中的信号匹配问题
Q1
Q2
第二节
比值控制系统的类型
(一)、开环比值控制
1、系统组成: 如下图所示。
2、特点 简单、成本低； 只有当Q1变化时才起控制作用； Q2变化时Q1不会响应，比例关系被破坏。 3、适用场合 副流量没有干扰的情况。
(二)、单闭环比值控制
1、特点: 能克服开环比值方案的不足。 2、系统组成：如下图所示。
第七章 比值控制系统
第一节 概述
1、方法的产生 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。
2
F F K F F
2 2 2 1
F1max 2 ) K ( F2max
第七章比值控制系统
1．主、副物料流量的确定的原则是：
在工业生产过程中起主导作用的物料流量一般选为主 流量，其它的物料流量选为副流量，其副流量跟随主流量 变化。
在工业生产过程中不可控的或者工艺上不允许控制的 物料流量一般选为主流量 ，而可控的物料流量选为副流 量。
在生产过程中较昂贵的物料流量可选为主流量，这样 可以不会造成浪费或提高产量。
在现代工业生产过程中，对自动化的要求较高。就比值控制而 言，不仅要求静态比值恒定，且还要求动态比值一定，在扰动 作用下，要求主、副流量接近同步变化即要求静态与动态时物 料量保持一定比值。为了使 主、副流量在时间上和相位 上同步变化，必须引入“动态 补偿环节”Wb(s)，从原理上 分析，Q2(s)/Q1(s)=K，就可
Q2 s Wm1 sWb sWK sWT 2 sW2 s
Q1 s
1WT 2 sW2 sWm2 s
若能使Q2(s)/Q1(s)=K，就能达到主、副流量在 控制过程中的每一瞬时都能成比值变化即主、副 流量变化在时间和相位上同步。
Wm1
sWb sWK sWT 2 sW2 1WT 2 sW2 sWm2 s
作迅速。
例: “燃料-空气”系统
例： 带氧量校正信号的“燃料-空气”系统
1．信号的静态配合 流量与测量信号成线性关系
I1
Q1 Q1max
16
4
I2
Q2 Q2 max
16
4
由于生产工艺要求Q2/ Q1＝K，则
K I2 4 Q2max I1 4 Q1max
Wk (s)
K
I2 I1
4 4
K
Q1max Q2 max
若采用比值器来实现比值控制时，由上式计算出的仪表比 值系数K′，即为比值器的比值系数,W(s)= K′。
在工业生产过程中起主导作用的物料流量一般选为主 流量，其它的物料流量选为副流量，其副流量跟随主流量 变化。
在工业生产过程中不可控的或者工艺上不允许控制的 物料流量一般选为主流量 ，而可控的物料流量选为副流 量。
在生产过程中较昂贵的物料流量可选为主流量，这样 可以不会造成浪费或提高产量。
在现代工业生产过程中，对自动化的要求较高。就比值控制而 言，不仅要求静态比值恒定，且还要求动态比值一定，在扰动 作用下，要求主、副流量接近同步变化即要求静态与动态时物 料量保持一定比值。为了使 主、副流量在时间上和相位 上同步变化，必须引入“动态 补偿环节”Wb(s)，从原理上 分析，Q2(s)/Q1(s)=K，就可
Q2 s Wm1 sWb sWK sWT 2 sW2 s
Q1 s
1WT 2 sW2 sWm2 s
若能使Q2(s)/Q1(s)=K，就能达到主、副流量在 控制过程中的每一瞬时都能成比值变化即主、副 流量变化在时间和相位上同步。
Wm1
sWb sWK sWT 2 sW2 1WT 2 sW2 sWm2 s
作迅速。
例: “燃料-空气”系统
例： 带氧量校正信号的“燃料-空气”系统
1．信号的静态配合 流量与测量信号成线性关系
I1
Q1 Q1max
16
4
I2
Q2 Q2 max
16
4
由于生产工艺要求Q2/ Q1＝K，则
K I2 4 Q2max I1 4 Q1max
Wk (s)
K
I2 I1
4 4
K
Q1max Q2 max
若采用比值器来实现比值控制时，由上式计算出的仪表比 值系数K′，即为比值器的比值系数,W(s)= K′。
比值控制系统
2、采用差压法未经开方流量检测单元的情况 此时，主动量与从动量的输出值（无量 纲）分别为（F1/F1MAX）2， （F1/F1MAX）2 。 所以比值系数为：
( F2 / F2 MAX ) 2 F2 2 F1MAX 2 2 F MAX 2 K= =( ) ( ) =k ( 1 ) 2 ( F1 / F1MAX ) F1 F2 MAX F2 MAX
比值控制系统中，从动量控制系统是随 动控制系统，其设定值由系统外部的kFM提 供，其任务就是使从动量FS尽可能地保持与 KFM相等，随着FM的变化，始终保持FM与FS 的比值关系。 在系统稳定时，该比值是比较精确的， 在动态过程中，比值关系相对不够精确。 当主动量处于不变状态时，从动量控制 系统又相当于一个定值控制系统。
图9－14 双闭环比值控制系统方框图
2、双闭环比值控制系统
在主动量也需要控制时，增加一个主动 量闭环控制系统，单闭环比值控制系统成为 双闭环比值控制系统，如图9－14所示。 增加了主动量闭环控制后，主动量得以 稳定，从而使总流量能保持稳定。 双闭环比值控制系统主要用于总流量需 要经常调整（即工艺负荷的升降）的场合， 如无此要求，可采用两个单独的闭环控制系 统来保持比值关系。
图9－16 加热炉变比值控制系统方框图
三、比值系数计算
流量比值与设置于仪表的比值系数是两 个不同的概念，它们都为无量纲系数，但两 者的数值是不等的。 流量比值k是流量的比值，它们可以同为 质量流量、体积流量或折算为标准情况下的 流量。 比值系数K是设置于比值函数模块或比值 控制器中的参数。
1、采用线性流量检测单元的情况
图9－12 燃烧过程比值单闭环比值控制系统 如图9－12所示。从结构上看，似乎与串 级控制系统很相似。但它们的方框图是不同 的，如图9－13所示，而且功能也不同。
比值控制系统
比值器
控制器
FC
控制阀 变送器
变送器
对象 F2 F1
F1:主动量 F2:从动量
比值器设置的是测量值的比值。
例如：流量单闭环比值控制系统
要求：K = 流量F2/流量F1
比值器比值设置值 K’
K’ = F2流量测量值 / F1流量测量值
比值器 K’
控制器
FC
控制阀 变送器
对象 F2
变送器
F1
1.仪表比值系数 K′与比值 K 是两个不同的概念， 不能混淆。
4、调节器参数的整定
1）根据计算的比值系数K’在满足工艺生产流量比的情 况下，将比值控制系统投入运行。 2）将积分时间常数置于最大，由大到小改变调节器的 比例度，使系统响应迅速，并处于振荡与不振荡的临界 过程。 3）若有积分作用，则适当的加大比例度，投入积分作 用，并减小积分时间，直到系统出现振荡与不振荡的临 界过程。
3、调节器控制规律的选择
a、对于单闭环比值控制系统，比值器仅接收主动量的 测量信号，仅仅起比值计算作用，故选比例控制P；调 节器实现比值作用和使从动量相对稳定，应选择PI控 制规律。
b、对于双闭环比值控制系统，两物料流量不仅要保持 恒定的比值，而且主动量要实现定值控制，其输出为 从动量的设定值也是定值。所以，两个调节器均选择 为PI控制规律。 c、变比值控制系统，从结构上看它为串级控制系统， 具有串级控制系统的一些特点，主调节器选择PI或PID 控制规律，比值调节器选用P控
K
Q1max Q 2max
I 20 I1
0
0 0%
Q1
Qmax Q 100%
当测量信号为4~20mA时，有：
I1
Q1 Q1 max
5比值控制系统 (2)
HS,LS不起作用
2.当系统提量时（蒸汽压力减小）
PC Ip HS I1 I2 LS
p PC I p （PC反作用） I2 I p HS选中I p， 2C的设定值为I p F2C F2 F
LS选中I 2， 1C的设定值为I 2，F1暂时不变； F
F 2C K
F1C
（空气先行） I 2 F1C F1 （燃料后行）
负荷变化不大，而对总流量变化无要求，则可选择此控制方案。
双闭环比值控制：如在生产过程中，主、副流量的扰动频繁， 负荷变化较大，同时要保证主、副物料总量恒定，则可选用。 变比值控制方案：当生产要求两种物料流量的比值能灵活地随 第三参数的需要进行调节时，则可选择此方案。
21
第5章 比值控制系统
5.3 比值控制系统的设计
第5章 比值控制系统
5.3 比值控制系统的设计
5.3.5 比值系数的计算
比值控制是解决物料量之间的比例关系，工艺上规定的 比值K是指两物料的流量比（体积或重量），而目前通用的 仪表有它使用的统一信号。如电动仪表是0-10mA或4-20mA
直流电流，气动仪表是20-100kPa气压等。因此必须把工艺
规定的流量比K换算成仪表信号之间的比值系数K’才能进行 比值设定。
24
思考题
1、双闭环比值控制系统有什么特点？适用 于那些场合？ 2、变比值控制系统与串级和比值组合控制 系统有什么不同？ 3、在什么情况下需要用到具有逻辑关系的 比值控制系统？ 4、比值控制系统中主副流量如何确定？
25
第5章 比值控制系统
1. 流量与测量信号成线性关系 （b）信号范围为20~100kPa的气动仪表 Ax=(Am-A0)(Nx-N0)/(Nm-N0)+A0 变送器的转换系数为：
2.当系统提量时（蒸汽压力减小）
PC Ip HS I1 I2 LS
p PC I p （PC反作用） I2 I p HS选中I p， 2C的设定值为I p F2C F2 F
LS选中I 2， 1C的设定值为I 2，F1暂时不变； F
F 2C K
F1C
（空气先行） I 2 F1C F1 （燃料后行）
负荷变化不大，而对总流量变化无要求，则可选择此控制方案。
双闭环比值控制：如在生产过程中，主、副流量的扰动频繁， 负荷变化较大，同时要保证主、副物料总量恒定，则可选用。 变比值控制方案：当生产要求两种物料流量的比值能灵活地随 第三参数的需要进行调节时，则可选择此方案。
21
第5章 比值控制系统
5.3 比值控制系统的设计
第5章 比值控制系统
5.3 比值控制系统的设计
5.3.5 比值系数的计算
比值控制是解决物料量之间的比例关系，工艺上规定的 比值K是指两物料的流量比（体积或重量），而目前通用的 仪表有它使用的统一信号。如电动仪表是0-10mA或4-20mA
直流电流，气动仪表是20-100kPa气压等。因此必须把工艺
规定的流量比K换算成仪表信号之间的比值系数K’才能进行 比值设定。
24
思考题
1、双闭环比值控制系统有什么特点？适用 于那些场合？ 2、变比值控制系统与串级和比值组合控制 系统有什么不同？ 3、在什么情况下需要用到具有逻辑关系的 比值控制系统？ 4、比值控制系统中主副流量如何确定？
25
第5章 比值控制系统
1. 流量与测量信号成线性关系 （b）信号范围为20~100kPa的气动仪表 Ax=(Am-A0)(Nx-N0)/(Nm-N0)+A0 变送器的转换系数为：
第4章比值控制系统.ppt.ppt
为主动量。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。另一种配料 称为副流量用F2表示。比值控制系统就是实现副流量F2 与主流量F1的比值关系，即 K=F2/F1
3
4-2 比值控制系统的类型
1、开环比值控制系统
特点： 简单、成本低； 只有当F1变化时才起控制作用； F2变化时F1不会响应，比例关系被破坏。
式换算出设计条件下的Δpn，再求得此时的流量值，即
为校正后的真正流量值。
30
4-5 比值控制系统工程参数整定
按照随动控制系统的整定要求，整定的方法步骤为：
a.进行比值系数计算； b.将积分时间置于最大，调整比例度由大到小，找到系统 处于振荡与不振荡的临界过程为止； c.适当放宽比例度，一般放大20％左右，然后把积分时间 慢慢减小，找到系统处于振荡与不振荡的临界过程或微 振荡过程为止; d.将主物料控制器投入运行，并进行整定。
31
历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯 的变化资料
精品课件欢迎使用
[自读教材· 填要点] 一、铁路，更多的铁路 1．地位
铁路是
交通运输 建设的重点，便于国计民生，成为国民经济
发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山 路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。 至胥各庄铁 开平
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。
22
其输入－输出关系有：
采用DDZ－Ⅲ型仪表将差压信
2 p2max kq 2max p2 kq
25
3
4-2 比值控制系统的类型
1、开环比值控制系统
特点： 简单、成本低； 只有当F1变化时才起控制作用； F2变化时F1不会响应，比例关系被破坏。
式换算出设计条件下的Δpn，再求得此时的流量值，即
为校正后的真正流量值。
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4-5 比值控制系统工程参数整定
按照随动控制系统的整定要求，整定的方法步骤为：
a.进行比值系数计算； b.将积分时间置于最大，调整比例度由大到小，找到系统 处于振荡与不振荡的临界过程为止； c.适当放宽比例度，一般放大20％左右，然后把积分时间 慢慢减小，找到系统处于振荡与不振荡的临界过程或微 振荡过程为止; d.将主物料控制器投入运行，并进行整定。
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历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯 的变化资料
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[自读教材· 填要点] 一、铁路，更多的铁路 1．地位
铁路是
交通运输 建设的重点，便于国计民生，成为国民经济
发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山 路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。 至胥各庄铁 开平
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。
22
其输入－输出关系有：
采用DDZ－Ⅲ型仪表将差压信
2 p2max kq 2max p2 kq
25
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q1
F1T
K
F2 C
净化水 氯气 供用户
q2
F2T
变比值控制系统
F1
XC
R
X
变比值控制系统： 按照工艺指标自 行修正比值系数 的变化值。
F2
FfC
以某种质量指标X （第三参数）为主 变量，以两个流量 比为副变量的串级 控制系统。
由第三参数修正比值，属于变比值控制。
F2
主控制器 比值控制器 控制阀 流量对象 主对象
扰能力。
适用于副流量较平稳且比值精度要求不 高的场合。
单闭环比值控制
F1
K FC
F2 增加一个副流量闭环控制系统
单闭环比值控制
K
GC 2 (s)
GV ( s ) Gm2 (s)
G0 ( s )
F2
Gm1 (s)
F1
F1经比值器K作为F2的给定，F2按一定比值跟随F1变化。
单闭环比值控制原理
（ 1 ）当F1不变而 F2受到扰动，通过闭环实 现定值控制，将 F2调回到 F1的给定值上。 （2）当F1受到扰动时，改变了 F2的给定值， 使F2 跟随F1而变化。 （3）当F1、F2同时变化，在新的流量 数值 的基础上保持设定值的 比值。
氧化炉温度对氨气/空气串级比值控制系统
氨气
当氨气在混 合器中含量 增加1%，氧 化炉温度将 上升64.9度。
FfC
TC
氧 化 炉
预 热 器
空气
氨氧化生成 一氧化氮， 同时放出大 量的热量。
混 合
第三参数是 氧化炉温度
稳定氧化炉的关键 条件是氧化炉温度
主要干扰
成分变化是在比值不变情况下改变混合器内氨含 量的直接干扰； 进入氧化炉的氨气、空气初始温度； 进入混合器的氨气、空气的温度、压力变化； 负荷的变化（比值不变，负荷变化，温度变化）；
触媒的活性变化、大气温度、压力变化。 因此，需要根据温度的变化，适当修正氨气和 空气的流量比值，保证氧化炉温度恒定。
系统工作原理
当出现氨气空气比值变化干扰时，通过比值控 制系统及时克服保持氧化炉温度不变。 当其它干扰引起炉温变化时，主控制器输出变 化，相当于比值控制器给定值变化，改变比值 大小，从而改变温度。 假设控制器均为反作用形式，控制阀为气开式
F1C
LC
LT
k
F1C
除了比值恒定，还要 求反应器中液位恒定
F2
两物料进入反应器流程
串级和比值控制混合系统框图
R( s )
GC ( s )
K
GC1 (s)
GV 1 (s)
G01 ( s )
F1
G0 ( s )
L( s )
Gm1 (s) GV 2 (s) Gm2 (s) Gm ( s ) G02 (s)
双闭环比值控制系统
变比值比值控制系统 串级和比值混合系统
开环比值控制系统
F1
FC
F2
随着F1的变化，F2跟 着变化，满足 F2=KF1的要求（阀 门开度与F1之间成一 定的比例关系。 控制阀 对象 F1 F2
-
控制器
测量变送
开环比值控制缺点
当F2因管线两端压力波动而发生变化时，
系统不起控制作用，即：F2本身无抗干
温度升高 测量值升高 温度下降 主控制器输出减小 氨气流量减小 比值控制器输出减小 控制阀开度减小
串级和比值控制混合系统
要求主流量随 F1 另一参数的需 要而改变，属 于定比值控制。
主、副流量控制 回路对液位控制 器的动态响应一 致，保证动态比 值恒定。
两物料组成双闭环 比值控制，而反应 器液面需要恒定
基本概念
从物料或从动量：按照主物料进行配比， 在控制过程中跟随主物料变化而变化的物 料，称为从物料；表征从物料特性的参数， 称为从动量（副流量），用F2表示。
有些场合，用不可控物料为主物料，用改 变可控物料即从物料来实现比值关系。 K= F2/ F1
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
X
-
测量变送2
除法器
测量变送1
F1
测量变送
工作原理
稳态时，主、副量恒定，分别经变送器送 除法器，其输出（比值）作为比值控制器 的测量反馈信号。此时，主参数恒定，所 以主控制器输出信号稳定，且与比值测量 值相等，比值控制器输出稳定，控制阀处 于某一开度，产品质量合格。
当F1、F2出现扰动，通过比值控制回路，
保持比值一定，从而不影响或大大减小扰
动对产品质量的影响（相当于串级控制系
统的副回路调节）。
对于某些物料流量，当出现扰动如温度、 压力、成分等变化时，虽然它们的流量比 值不变，但由于真实流量（在新的温度、 压力或成分下）与原来流量不同，将影响 产品质量指标，输出X偏离设定值，此时 主控器起作用，输出变化，修正比值控制 器给定值，即修正了比值，使系统在新的 比值上重新稳定。
F2
GC 2 (s)
工作原理
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，通过液位控 制器的输出改变主流量的给定值，使主流量 跟着变化，同时副流量的给定值也变化，保 持比值不变（动态比值不变），这样由总负
荷变化来克服外界扰动对液位的影响。
谢谢大家
比值控制
问题的提出：在工业生产过程中，要求 两种或多种物料流量成一定比例关系， 要求严格控制比例。
基本概念：
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比例关系 的控制系统。 主物料或主动量：在保持比例关系的两种 物料中处于主导地位的物料，称为主物料； 表征主物料的参数，称为主动量（主流 量），用F1表示。
适用于主流量干扰频繁及工艺上不允许负 荷有较大波动或工艺上经常需要提降负荷 的场合。
双闭环比值控制系统缺点
当主动量采用定值控制后，由于调节作用， 变化幅值会减小，变化频率会加快，从而 使从动量控制器的给定值处于不断变化中， 当它的变化频率与从动量控制回路的工作 频率接近时，可能引起“共振”。
工业应用：自来水消毒的比值控制
单闭环比值控制特点
不但能实现副流量跟随主流量的变化而变
化，而且可以克服副流量本身干扰对比值
的影响，主副流量的比值较为精确。
总物料量不固定，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。
单闭环比值控制特点
当主流量出现大幅度波动时，副流量给
定值大幅度波动，在调节的一段时间里，
比值会偏离工艺要求的流量比，不适用
双闭环比值控制系量控制回路克服从动量扰动，
实现随动控制；当扰动消除后，主、从动
量都回到原设定值上，其比值不变。
双闭环比值控制系统优点
流量比值精确，物料总量基本不变。 只要缓慢改变主流量控制器给定值，可以 提降主流量，副流量会自动跟踪变化，两 种比值不变。
于要求严格动态比的场合。
适用于主物料在工艺上不允许进行控制
的场合。
双闭环比值控制系统
F1C
K F2C
F1
F2
增设了主流量控制回路
双闭环比值控制系统
R( s )
K
GC1 (s)
GV 1 (s) Gm1 (s)
G01 ( s )
F1
GC 2 (s)
GV 2 (s) Gm2 (s)
G02 (s)
F2
F1T
K
F2 C
净化水 氯气 供用户
q2
F2T
变比值控制系统
F1
XC
R
X
变比值控制系统： 按照工艺指标自 行修正比值系数 的变化值。
F2
FfC
以某种质量指标X （第三参数）为主 变量，以两个流量 比为副变量的串级 控制系统。
由第三参数修正比值，属于变比值控制。
F2
主控制器 比值控制器 控制阀 流量对象 主对象
扰能力。
适用于副流量较平稳且比值精度要求不 高的场合。
单闭环比值控制
F1
K FC
F2 增加一个副流量闭环控制系统
单闭环比值控制
K
GC 2 (s)
GV ( s ) Gm2 (s)
G0 ( s )
F2
Gm1 (s)
F1
F1经比值器K作为F2的给定，F2按一定比值跟随F1变化。
单闭环比值控制原理
（ 1 ）当F1不变而 F2受到扰动，通过闭环实 现定值控制，将 F2调回到 F1的给定值上。 （2）当F1受到扰动时，改变了 F2的给定值， 使F2 跟随F1而变化。 （3）当F1、F2同时变化，在新的流量 数值 的基础上保持设定值的 比值。
氧化炉温度对氨气/空气串级比值控制系统
氨气
当氨气在混 合器中含量 增加1%，氧 化炉温度将 上升64.9度。
FfC
TC
氧 化 炉
预 热 器
空气
氨氧化生成 一氧化氮， 同时放出大 量的热量。
混 合
第三参数是 氧化炉温度
稳定氧化炉的关键 条件是氧化炉温度
主要干扰
成分变化是在比值不变情况下改变混合器内氨含 量的直接干扰； 进入氧化炉的氨气、空气初始温度； 进入混合器的氨气、空气的温度、压力变化； 负荷的变化（比值不变，负荷变化，温度变化）；
触媒的活性变化、大气温度、压力变化。 因此，需要根据温度的变化，适当修正氨气和 空气的流量比值，保证氧化炉温度恒定。
系统工作原理
当出现氨气空气比值变化干扰时，通过比值控 制系统及时克服保持氧化炉温度不变。 当其它干扰引起炉温变化时，主控制器输出变 化，相当于比值控制器给定值变化，改变比值 大小，从而改变温度。 假设控制器均为反作用形式，控制阀为气开式
F1C
LC
LT
k
F1C
除了比值恒定，还要 求反应器中液位恒定
F2
两物料进入反应器流程
串级和比值控制混合系统框图
R( s )
GC ( s )
K
GC1 (s)
GV 1 (s)
G01 ( s )
F1
G0 ( s )
L( s )
Gm1 (s) GV 2 (s) Gm2 (s) Gm ( s ) G02 (s)
双闭环比值控制系统
变比值比值控制系统 串级和比值混合系统
开环比值控制系统
F1
FC
F2
随着F1的变化，F2跟 着变化，满足 F2=KF1的要求（阀 门开度与F1之间成一 定的比例关系。 控制阀 对象 F1 F2
-
控制器
测量变送
开环比值控制缺点
当F2因管线两端压力波动而发生变化时，
系统不起控制作用，即：F2本身无抗干
温度升高 测量值升高 温度下降 主控制器输出减小 氨气流量减小 比值控制器输出减小 控制阀开度减小
串级和比值控制混合系统
要求主流量随 F1 另一参数的需 要而改变，属 于定比值控制。
主、副流量控制 回路对液位控制 器的动态响应一 致，保证动态比 值恒定。
两物料组成双闭环 比值控制，而反应 器液面需要恒定
基本概念
从物料或从动量：按照主物料进行配比， 在控制过程中跟随主物料变化而变化的物 料，称为从物料；表征从物料特性的参数， 称为从动量（副流量），用F2表示。
有些场合，用不可控物料为主物料，用改 变可控物料即从物料来实现比值关系。 K= F2/ F1
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
X
-
测量变送2
除法器
测量变送1
F1
测量变送
工作原理
稳态时，主、副量恒定，分别经变送器送 除法器，其输出（比值）作为比值控制器 的测量反馈信号。此时，主参数恒定，所 以主控制器输出信号稳定，且与比值测量 值相等，比值控制器输出稳定，控制阀处 于某一开度，产品质量合格。
当F1、F2出现扰动，通过比值控制回路，
保持比值一定，从而不影响或大大减小扰
动对产品质量的影响（相当于串级控制系
统的副回路调节）。
对于某些物料流量，当出现扰动如温度、 压力、成分等变化时，虽然它们的流量比 值不变，但由于真实流量（在新的温度、 压力或成分下）与原来流量不同，将影响 产品质量指标，输出X偏离设定值，此时 主控器起作用，输出变化，修正比值控制 器给定值，即修正了比值，使系统在新的 比值上重新稳定。
F2
GC 2 (s)
工作原理
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，通过液位控 制器的输出改变主流量的给定值，使主流量 跟着变化，同时副流量的给定值也变化，保 持比值不变（动态比值不变），这样由总负
荷变化来克服外界扰动对液位的影响。
谢谢大家
比值控制
问题的提出：在工业生产过程中，要求 两种或多种物料流量成一定比例关系， 要求严格控制比例。
基本概念：
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比例关系 的控制系统。 主物料或主动量：在保持比例关系的两种 物料中处于主导地位的物料，称为主物料； 表征主物料的参数，称为主动量（主流 量），用F1表示。
适用于主流量干扰频繁及工艺上不允许负 荷有较大波动或工艺上经常需要提降负荷 的场合。
双闭环比值控制系统缺点
当主动量采用定值控制后，由于调节作用， 变化幅值会减小，变化频率会加快，从而 使从动量控制器的给定值处于不断变化中， 当它的变化频率与从动量控制回路的工作 频率接近时，可能引起“共振”。
工业应用：自来水消毒的比值控制
单闭环比值控制特点
不但能实现副流量跟随主流量的变化而变
化，而且可以克服副流量本身干扰对比值
的影响，主副流量的比值较为精确。
总物料量不固定，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。
单闭环比值控制特点
当主流量出现大幅度波动时，副流量给
定值大幅度波动，在调节的一段时间里，
比值会偏离工艺要求的流量比，不适用
双闭环比值控制系量控制回路克服从动量扰动，
实现随动控制；当扰动消除后，主、从动
量都回到原设定值上，其比值不变。
双闭环比值控制系统优点
流量比值精确，物料总量基本不变。 只要缓慢改变主流量控制器给定值，可以 提降主流量，副流量会自动跟踪变化，两 种比值不变。
于要求严格动态比的场合。
适用于主物料在工艺上不允许进行控制
的场合。
双闭环比值控制系统
F1C
K F2C
F1
F2
增设了主流量控制回路
双闭环比值控制系统
R( s )
K
GC1 (s)
GV 1 (s) Gm1 (s)
G01 ( s )
F1
GC 2 (s)
GV 2 (s) Gm2 (s)
G02 (s)
F2