实现特殊工艺要求的过程控制系统课件
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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。
实例 硝酸生产控制系统
氧化炉温度串级－比值控制流程
7.1.2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。
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：
I
' 2
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：
K
' 2
I
' 2
q2
q
q
4 q2 max
2 20
常量，它已不再受负荷变化的影响
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。
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。
7.2 均控制系统
7.2.1 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。
（1）流量与检测信号呈非线性关系
K'K
q 1max q 2max
2
I24 I14
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'
K q1max q2 max
I
' 2
4
I1' 4
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。
（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。
其输入－输出关系有：
Fra Baidu bibliotekp p
2 2
max
kq22 kq22max
采用DDZ－Ⅲ型仪表将差压信号 线性地转换为电流信号：
《过程控制与自动化仪表》
教学理念：
教书育人要义 传道授业释疑； 师生同心协力, 共探过控真谛 。
熟悉仪表原理, 统领系统设计； 理论实践结合， 思维创新第一。
第7章 实现特殊要求过程控制系统
本章要点
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
图示
控制目标：
1、 稳定塔A的液位 解决的方法：
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
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
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。
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:
K'
K2
Q2 1 max
Q2 2 max
1.42 12.52 202
0.766
加开方器后: K ' 1.4 12.5 0.875
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。
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
GZ
s
1
Gc2
Gm1
s
s G02 Gc2
s
sGm2 s G02 s
q2max q1max
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。
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。
7.1 比值控制系统
7.1.1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
I2
p2 p2 max
(20
4)
4
测量变送环节是非线性的，其静态放大系数为：
K2
I 2 q 2
q2 q20
32
q2 2 max
q20
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 。
（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。
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。
（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
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。
比值设定方法：
F1T
给定值
F2T
F2C
相乘比值
F1T
F2T
F2C 给定值
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
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。
实例 硝酸生产控制系统
氧化炉温度串级－比值控制流程
7.1.2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。
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：
I
' 2
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：
K
' 2
I
' 2
q2
q
q
4 q2 max
2 20
常量，它已不再受负荷变化的影响
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。
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。
7.2 均控制系统
7.2.1 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。
（1）流量与检测信号呈非线性关系
K'K
q 1max q 2max
2
I24 I14
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'
K q1max q2 max
I
' 2
4
I1' 4
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。
（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。
其输入－输出关系有：
Fra Baidu bibliotekp p
2 2
max
kq22 kq22max
采用DDZ－Ⅲ型仪表将差压信号 线性地转换为电流信号：
《过程控制与自动化仪表》
教学理念：
教书育人要义 传道授业释疑； 师生同心协力, 共探过控真谛 。
熟悉仪表原理, 统领系统设计； 理论实践结合， 思维创新第一。
第7章 实现特殊要求过程控制系统
本章要点
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
图示
控制目标：
1、 稳定塔A的液位 解决的方法：
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
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
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。
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:
K'
K2
Q2 1 max
Q2 2 max
1.42 12.52 202
0.766
加开方器后: K ' 1.4 12.5 0.875
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。
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
GZ
s
1
Gc2
Gm1
s
s G02 Gc2
s
sGm2 s G02 s
q2max q1max
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。
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。
7.1 比值控制系统
7.1.1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
I2
p2 p2 max
(20
4)
4
测量变送环节是非线性的，其静态放大系数为：
K2
I 2 q 2
q2 q20
32
q2 2 max
q20
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 。
（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。
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。
（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
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。
比值设定方法：
F1T
给定值
F2T
F2C
相乘比值
F1T
F2T
F2C 给定值
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