比值控制

三、工业应用举例
比值控制系统的仿真
• 单闭环比值控制系统
5 Constant 3 Kp1 -KKi Uniform Random Number1 Random Number -KKp 1/s Integrator 3 15s+1 Transfer Fcn Transport Delay Scope
6.比值系数的计算 设计比值控制系统时应把两个体积流量 或重量流量之比值K折算成比值器上的比值 系数K'。 当变送器的输出信号与被测流量成线性 关系时： q1max K' = K q2max q1max—测量q1所用变送器的最大量程； q2max—测量q2所用变送器的最大量程。 当变送器的输出信号与被测流量成平方 关系时： 2 q 1max K' = K 2 2 q2max
3．调节器控制规律的确定
比值控制调节器控制规律要根据不同 控制方案和控制要求来确定。 单闭环比值控制：从动量回路调节器 选用PI控制规律，因为它将起比值控制和 稳定从动量的作用； 双闭环比值控制：主、从动量回路调 节器均选用PI控制规律，因为它不仅要起 比值控制作用，而且要起稳定各自的物料 流量的作用； 变比值控制：可仿效串级调节器控制 规律的选用原则。
• 请参考： 过程控制与Simulink应用， 王正林, 郭阳宽，2006年7月。
二、比值控制系统的设计与整定
1.主、从动量的确定 在生产过程中起主导作用或可测 但不可控、且较昂贵的物料流量一般 为主动量，其余的物料流量以它为准 进行配比，为从动量。 2．控制方案的选择 比值控制有多种控制方案，在具 体选用时应分析各种方案的特点、负 荷变化、扰动性质、控制要求等进行 合理选择。
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在以石脑油为原料的合成氨生产过程中， 工艺要求进入一段转化炉的石脑油Q2与水蒸汽 Q1成一定比例，要求Q1、Q2流量比较恒定。
Q1
Q2
双闭环比值控制系统既能保持主动量、 从动量在变动情况下的比值关系，同时又能 消除两个流量的自发扰动。 • 双闭环比值控制在使用中应防止产 生“共振”。因为源自文库主动量采用定值控制 后，由于调节作用，其变化的幅值肯定 会大大减少，但变化的频率往往会加快， 从而通过比值器使从动量控制器的给定 值处于不断变化中。当它的变化频率和 从动量控制回路的工作频率接近时，可 能引起共振。
• 冶金炉及隧道窑燃烧过程炉温控制
在炉温单回路控制基础上，增加了燃料与 空气比值控制，能使燃烧更充分，既节约能源 又改善环境污染。
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保持两种物料间成一定的(变或不 变)比例关系，往往仅是生产过程全部 工艺要求的一部分甚至不是工艺要求 中的主要部分，即有时仅仅只是一种 控制手段，而不是最终目的。 • 如上述燃烧过程，燃料与空气的 比例虽很重要，但控制的最终目的却 是温度。
第四节 比值控制
一、常用的比值控制方案 二、比值控制系统的设计与整定 三、工业应用举例 四、比值控制系统的仿真
在许多工业生产过程中，要求两种或多 种物料流量成一定比例关系，一旦比例失调， 就会影响生产的正常运行，影响产品质量，甚 至发生生产事故。 如：燃烧过程：燃料量与空气量； 制药过程：药物和注入剂； 造纸过程：纸浆量和水量。 比值控制系统：两个或多个参数自动维 持一定比值关系的过程控制系统。 主物料或主动量Q1：在需要保持比例关 系的两种物料中，处于主导地位的物料。 从物料或从动量Q2：按主物料进行配比， 在控制过程中跟随主物料变化而变化的物料。 例：燃烧过程：燃料 VS 空气。
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在实际的生产过程中，需保持比 例关系的物料几乎全是流量，因此常 将主物料称为主流量（主动量），而 从物料称为副流量(从流量、从动量)， 其比值用K表示，即 K=Q2/Q1
一、常用的比值控制方案
1．单闭环比值控制
优点：能确保Q2/Q1＝K不变，结构较简单，因而 应用广泛。 缺点：Q1不受控制，易受干扰。总流量不固定。
将计算出的比值K'设置在原比值 器上，比值控制系统就能按工艺要求 正常运行。 7．比值控制系统的参数整定 对于定值控制(如双闭环比值控制 中的主回路)可按单回路系统进行整定； 对于随动控制(如单闭环比值控制、 双闭环的从动量回路及变比值的变比 值回路)，要求从动量能快速、正确跟 随主动量变化，不宜过调，以整定在 振荡与不振荡的边界为最佳。
2.双闭环比值控制
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主动量控制回路能克服主动量扰动，实 现其定值控制。从动量控制回路能克服作用 于从动量回路中的扰动，实现随动控制。当 扰动消除后，主、从动量都回复到原设定值 上，其比值不变。 • 双闭环比值控制能实现主动量的抗扰动 和定值控制，使主、从动量均比较稳定，从 而使总物料量也比较平稳，系统总负荷也是 稳定的。 • 双闭环比值控制的另一优点是升降负荷 比较方便，只需缓慢改变主动量控制器的给 定值，从动量自动跟踪升降，并保持原来比 值不变。不过所用设备较多、投资较高，而 且投运比较麻烦。
4．正确选用流量计与变送器
用差压流量计测气体流量时，若环境温 度和压力发生变化，流量测量值将发生变化。 故对于温度、压力变化较大，控制质量要求 较高的场合必须引入温度、压力补偿。
5.比值控制方案的实施
工程上可采用比值器、乘法器和除法器 等仪表来完成两个流量的配比问题。在计算 机控制系统中，则可以通过简单的乘、除运 算来实现。
3．变比值控制（串级比值） 在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值， 随第三个参数的需要而变化。图4—48是一个以某 种质量指标y1(常称为第三参数或主参数)为主变 量，而以两个流量之比为副变量的串级控制系统。
• Q1受扰
• Q2受扰
• Y1受扰
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在生产硝酸氨时，要保持氧化炉温度在一 定范围内，设计了以氧化炉温度为主参数、氨气 和空气的比值为副参数的串级比值控制系统。