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
2
(2) 流量与测量信号成非线性关系时的计算
几点结论： （1）流量比值K与比值系数K’是两个不同的概念，不能 混淆 （2）比值系数K’与K有关，同时也和流量变送器的量程 有关，与负荷大小无关 （3）注意变送器的流量与测量的线性关系 （4）线性测量与非线性测量情况下K’间的关系为： K’非 = （K’线）2
（1）DDZ-Ⅲ型仪表 0~Fmax 4~20mA DC
IF
F 16 4 Fm ax
（1） 流量与测量信号成线性关系时的计算
比值系数K’是仪表信号之比，即：
F 2 1644 F I2 4 F F 2m ax 1m ax 2 F K K 1max I1 4 F F F F 1 1 2m ax 2m ax 1644 F 1m ax
比率设定系数 = 比值系数
比值控制方案实施举例
采用电动仪表乘法器 I0 I'1 I1
乘法器 控制器 控制阀 流量对象
F2
测量变送2 测量变送1
F1
( I 1 4 )( I 0 4 ) I1 4 16
I1 4 K ( I1 4)
I0 4 K 16
I0=K’ * 16+4 由K’计算出I0 ，再由恒流器给出电流值，K’<1
二、 比值系数的计算
3.3.1 流量与测量信号成线性关系时的计算 工艺上，比值K是指两个物料的流量之比，而比值 控制系统的K’一般是仪表的信号之间的比值，电动 仪表4~20mA/0 ~10mA,气动仪表是20~100KPa，信号转换问题。
I 2 I 20 从动流量的测量信号 I 2max I 20 K I1 I10 主动流量的测量信号 I1max I10
结论：
对于不同信号范围的仪表，比值系数的计算公式是一样的。
（2） 流量与测量信号成非线性关系时的计算
差压变送器测量流量，流量与差压成开方的关系
F k p
DDZⅢ型仪表： QDZ仪表：
F2 I 2 16 4 F m ax
比值系数的计算：
F p 2 80 20 Fmax
2 1max 2 2max
F1 m a x F2 K F2 m ax F1
四、控制器参数的整定原则
三、 比值控制方案的实施方案
3.4.1 两类实施方案 比值运算部件：乘法器、比值器、分流器、比率器 （1）相乘方案 F1 × FC
F2
两类实施方案
（2）相除方案
÷
FfC
比值控制方案实施举例
采用比值器
K’
I'1
控制器 控制阀 流量对象
I1比值器Fra bibliotekF2测量变送2 测量变送1
F1
I1 K ( I1 I 0 ) I 0
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……
2、比值控制的含义 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。
3、变量及关系 主动量---起主导作用而又不可控的物料流量； 从动量---跟随主动量而变化的物料流量； 比例系数: K=Q2/ Q1
比值控制方案实施举例
I1 I3
×
FC
XC
I2
采用电动仪表除法器 I0=K’ * 16+4 由K’计算出I0，再由恒流器给出电流值。
比值控制系统中非线性环节的影响
（1）测量环节的非线性 流量测量时采用差压变送器时，流量与差压为开方关系： 对于0~10mA
F 2 I ( ) 10 Fm ax
10 K 2 2 F0 Fmax
(四)、变比值控制
1、方法的产生
在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随第三 个变量的变化而变化。 为了满足上述生产工艺要求，开发并应用变比值控制。
2、系统结构：如下图所示。
c
7-4
3、变比值控制的含义
变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量(质 量指标)、以两个流量比为副变量的串级控制系统。 4、工作过程 系统稳定时…… 当Q1、Q2出现扰动时…… 当出现其他扰动(如温度、压力、成分等变化) 时…… 5、该法特点
F1max是主流量变送器量程上限 F2max是副流量变送器量程上限
（1） 流量与测量信号成线性关系时的计算
（2）气动单元组合仪表 0~Fmax 20~100 KPa
F 80 20 pF Fm ax
F 2 802020 F p2 20 F F 2m ax 1m ax 2 F K K 1max p1 20 F F 1 1 F 2m ax 2m ax 802020 F F 1m ax
3、工作过程 稳定状态下,
Q2 = K Q1;
当从动量受到干扰时， 当主动量受到干扰时， 当主、从动量同时受到干扰时，
5、优缺点 从动量闭合回路的任务是快速、精确地随动于 主动量变化，控制器为PI。 • 优点：不仅能实现从动量跟随主动量变化，而且 可以克服从动量本身的干扰对比值的影响。 • 缺点：主流量不受控。由于主动量是不固定的， 总物料也不固定，有些场合的负荷的波动有可能 造成反应不完全。 6、应用场合 在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。
仪表本身一般有统一的量程，如0~10mA、4~20mA、 0.01~0.1Mpa 要尽可能在达到最大量程下进行运算而得到较大的精 度，需要合理调整仪表量程，设置一定的系数——仪表的 信号匹配。 相乘方案：K’接近1时最灵敏，精度最高
F1max I 2 F2 F1max K K I1 F1 F2max F2max
比值只是一种手段，不是最终目的，而第三 变量C(s)往往是产品质量指标。
五、具有逻辑运算规律的比值控制系统
不仅要求两个流量保持一定的比例，而 且要求两个流量的变动还有一定的先后次 序，这种比值控制系统称为：具有逻辑运算
规律的比值控制系统
第三节 比值控制系统的设计和实施
• 一、主、从动量的选择 原则 （1）主导作用的物料选为主动量，其余以它 为准，则为从动量 （2）可测不可控的物料选为主，可控的为从 （3）工艺特殊要求，使主从动量的确定服从 工艺的需要，同时考虑生产的安全、质量、 成本、能耗等因素。