比值控制系统.
比值控制系统
一、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。 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
2、单闭环比值控制
增加一个副流量闭环控制系统
2、单闭环比值控制
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。 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
原理：F1的测量值乘以某一系 数K’作为控制器FC的设定值， 可以用比值器，乘法器实现。
原理：两种流量的比值作为副流 量控制器的测量值，可以用除法 器实现。
用比值器组成的方案
比值器的作用是实现一 个输入信号乘上一个常 数的运算
K
比值器 I入
I出 控制器 控制阀 测量变送器2 测量变送器1 F1 流量对象
F I (20 4) 4 Fmax
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
F2 F2 (20 4) 4 4 (20 4) Fmax I 2 4 F2max K F1 F1 I1 4 (20 4) 4 4 (20 4) F1max Fmax F1max F2 F1max K F1 F2max F2max
比值控制系统课后练习题
比值控制系统课后练习题一、填空题1. 比值控制系统是一种以保持__________的恒定为控制目标的控制系统。
2. 在比值控制系统中，常用的控制方案有__________、__________和__________。
3. 比值控制系统的关键参数是__________和__________。
4. 比值系数K的大小决定了__________和__________之间的关系。
5. 在串级比值控制系统中，主控制器通常控制__________，副控制器控制__________。
二、选择题A. 比值系数KB. 控制器的比例度C. 控制器的积分时间D. 控制器的微分时间A. 比值控制器B. 调节阀C. 检测元件D. 执行机构A. 单闭环比值控制B. 双闭环比值控制C. 串级比值控制D. 分散比值控制三、判断题1. 比值控制系统可以消除干扰对被控参数的影响。
（）2. 在比值控制系统中，比值系数K越大，系统的控制效果越好。
（）3. 串级比值控制系统适用于控制过程中干扰因素较多的情况。
（）4. 比值控制系统中的检测元件只需检测一个参数。
（）5. 比值控制系统的设计关键是确定合适的比值系数K和控制器的参数。
（）四、简答题1. 简述比值控制系统的基本原理。
2. 比值控制系统与常规控制系统有何区别？3. 在比值控制系统中，如何选择合适的控制方案？4. 简述比值系数K对控制系统的影响。
5. 如何提高比值控制系统的控制效果？五、计算题1. 已知某比值控制系统的比值系数K为1.5，主控制器输出为4mA，求副控制器输出。
2. 某比值控制系统，主控制器参数为比例度δ=50%，积分时间Ti=1min，微分时间Td=0.1min，求比值系数K。
3. 在一个双闭环比值控制系统中，已知主控制器输出为10mA，副控制器输出为8mA，求比值系数K。
六、案例分析题1. 某化工厂需要控制两种原料的流量比为1:2，采用单闭环比值控制系统。
当前系统运行不稳定，流量比波动较大。
第五章-比值控制系统
Q1
相当于改变空气量Ｑ２的给定值。所以，空气量就要跟随改变，从 而保持了比例关系。如果调节器 Gc 2 (s) 选用比例积分作用，则平衡 时
Gm 2 ( s) Q1 ( s) Q2 ( s) Gc1 ( s)Gm1 ( s)
式中；
Gm1 ( s)
－－为两个流量变送器的传递函数； Gm 2 ( s)
例如：合成炉的比值控制系统，如（图5－30）：
要求A、B两种物料的流 量保持一定比例，其中B 不可控，当它改变时， 由调节器控制调节阀，A、 B管路上都安装了节流元 件。DT为变送器，它将 两个压差变成两个电流， R为比值器，将压差控制 电流作为设定值送到调 节器，系统框图如下
QAC 是比例积分作用，通过调节A物料流量以保持 I I * A B
要求Ｑ１、Ｑ２流量比较恒定，因此，设计了双闭环比值控制系统。 其框图为：
X (s )
Gc1 ( s)
Gv1 (s)
G p1 (s)
Q1 ( s )
Gm1 ( s)
K
Y (s)
Gc 2 ( s)
Gv 2 ( s)
Gm 2 ( s)
（ 图5－25）
G p 2 ( s)
Q2 (s)
在生产恒定的情况下，主动量Ｑ１通过本身的闭合回路保持在给定 值ｘ（ｔ）上，同时，通过比值器Ｋ给出从流量回路的给定值ｙ （ｔ）。从流量根据给定值ｙ（ｔ）进行调节，以保持主流量、从 流量之间为一定比例。
由于采用了开方器,比值系数的计算需要稍加改动.
从压差变送器输出的信号仍为IA和IB, 经过开方器后得到
（5－28）
同样,IB’ 经过比值器后得到：
I
' B
' ( I B 4) 4
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。
比值控制系统的种类
比值控制系统的种类
比值控制系统根据其结构和特性可以分为不同的种类。
以下是比值控制系统的一些常见种类：
1. 开环比值控制系统：在这种系统中，主动量的比例关系是通过预设的参数直接调节的，没有反馈机制。
这种控制系统比较简单，但对于外界干扰很敏感。
2. 单闭环比值控制系统：这种系统中，主动量的比例关系是通过一个反馈回路进行调节的。
反馈机制可以根据实际输出与期望输出之间的差异来调整主动量，以保持比例关系。
3. 双闭环比值控制系统：这种系统在单闭环比值控制系统的基础上增加了一个内环控制回路。
这个内环可以进一步调整主动量，使其更准确地维持比例关系。
4. 变比值控制系统：这种系统中，比例关系不是固定的，而是可变的。
根据特定条件或需求，系统可以自动调整比例关系来满足要求。
5. 串级比值控制系统：这种系统中，多个比值控制系统按一定次序串联连接，形成一个层级关系。
每个控制环节都负责维持其管理的比例关系，最终实现整体的比值控制。
6. 比值控制组合的系统：这种系统结合了多种比值控制技术和方法，根据具体需求和复杂性进行组合，以实现更精确的比值控制效果。
比值控制系统.答案
2） 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系统 存在的不足，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。 即实现从动量跟随主动量变化而变化，又可克 服从动量本身干扰对比值的影响。
F1 K
K
干扰 Sp
控制器
FC
控制阀 变送器
对象
F2
Sp
FC F2
变送器
F1
3）
双闭环比值控制系统
五、比值控制系统及Simuink仿真
1、开环比值控制系统 已知：开环比值控制系统的的数学模型如下，要求 以4倍比值实现控制
3.4.1 2、单闭环比值控制系统
已知：单闭环比值控制系统的的数学模型如下:
根据单闭环控制系统要求，我们选择PI控制，从动量通过 临界比例度法整定并修正Kp=0.82，Ki=0.05，因此，建立 如下Simulink框图：
从动量加单位阶跃扰动时的框图
主 从 动 量 不 同 时 刻 加 单 位 阶 跃 干 扰 框 图
主从动量均无噪声干扰框图
3、双闭环比值控制系统
假设双闭环比值系统其主动量数学模型和从动量数学模型分别如下：
根据双闭环控制系统要求，我们选择PI控制，主从动量通
过临界比例度法整定并修正，主从动量Kp=0.82，Ki=0.05，
4
0 0%
Q1
Qmax 100%
Q
4. 测量信号与被测量之间成平方关系时：
例如：用压差表来测量流量：Q C p p I 4 Q2 2 p max 20 4 Q max
Q
2
I 4
16
2 2 2 1
Q2 Q ；I 2 16 4 Q max
2 max
比值控制系统
的控制信号。
P2T
炉膛
正 燃气
锅炉给水
P2C输出高值时，LS选中P1C作为输出。系统是 以蒸汽压力为被控变量的简单控制系统。当煤气压力
超过P2C给定值时， P2C输出低值， LS将改选P2C作
为输出。 系统处于
P1T 蒸汽
燃气压力控制时，
反
P1C 反
蒸汽出口压力控
汽包
P2C
＜ 选择器1
制回路被燃气压
力安全保护回路
2）控制方案的选择
控制方案选择应根据不同的生产要求确定，同时 兼顾经济性原则。
①如果工艺上仅要求两物料流量之比值一定，而 对总流量无要求，可用单闭环比值控制方案。
②如果主、副流量的扰动频繁，而工艺要求主、 副物料总流量恒定的生产过程，可用双闭环比值控制 方案。
③当生产工艺要求两种物料流量的比值要随着第 三参数的需要进行调节时，可用变比值控制方案。
如此例中，当前后塔的压力变化较大时，尽管调 节阀的开度不变，输出流量也会发生较大变化。
因此，简单
均匀控制适用于干
LT
扰不大、对流量的
1#
2#
均匀程度要求较低
LC
的场合。
2．串级均匀控制 为了克服简单均匀控制只有一个控制回路，只能 保证一个被控变量精度的缺点，可在简单均匀控制方 案基础上增加一个副控制回路，构成串级均匀控制。
给定1 － 控制器1
＋
正常控制
＋
控制器2 给定2 － 取代控制
变送器1
选择器
执行器
干扰 对象
被控量1 被控量2
变送器2
例1 锅炉蒸汽压力的控制
工艺要求锅炉输出蒸汽压力稳定。若用单回路 控制系统控制，则根据蒸汽出口压力控制燃气量。
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
串级控制系统与比值控制系统
R(s)
—
Gc(s)
Gv(s)
Y(s) G(s)
Gm(s)
单回路控制系统方框图
单回路控制系统构成： 一种调整器，一种控制阀，一种被控制对象， 一种测量变送器
§5-1 串级控制系统旳概念
定义:就是采用两个控制器串联工作，主控制器旳输出作为副 控制器旳设定值，由副控制器旳输出去操纵控制阀，从而对主 被控变量具有更好旳控制效果。
考虑旳问题: 副回路旳设计, 副参数旳选择. 主副回路之间 旳关系, 两个调整器也许产生旳问题. 一 副回路旳设计
副回路旳设计重要是怎样选择副参数．其设计原则为：
副参数旳选择应使副对象旳时间常数比主对象旳时间常 数小，调整通道短，反应敏捷； 副回路应包括被控对象所受到旳重要干扰； 尽量将带有非线性或时变特性旳环节包括于副回路中。
（1）副参数为加热蒸汽（作用线1）
分析：可保持加热量稳定，它只 能迅速消除因蒸汽汽源压力或冷 凝压力变化引起旳扰动。由于蒸 汽流量对象旳滞后非常小，当用 流量作副变量时，并不能使串级 系统旳频率有多少提高，对克服 其他扰动不明显。
D2
θr 主调 Qr 副调 调节
蒸汽管 Q 再沸
节器
节器 阀
－
－
路系统
假如能把这段时间争取过来，让调整器提前动作，那么调整旳效 果就改善了：
处理思绪：由于冷却水方面旳扰动D2很快就会在夹套温度 θ2上体现出来，因此假如把θ2这个温度测量并送入调整 器θC2,让它来控制调整阀，那么调整动作就提前了诸多， 失去旳时间就会争取过来，从而加紧了速度。
不过：不能简朴地仅仅依托一种调整器θC2来替代现图中调整器 θC旳所有作用
措施：根据副回路旳偏差来防止主调整器积分饱和旳 方案。
比值控制系统
比值控制系统就是要实现副流量F2与主 流量F1成一定的比值关系:
K=
F2 F1
F2—为副流量， F1—为主流量
7.2 比值控制系统的类型
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 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 其它类型的比值控制系统
7.2.1 开环比值控制系统
F1 FC
F1max —主流量变送器量程上限 F2max —副流量变送器量程上限
可以证明：对于不同信号范围的仪表，比值系 数的计算式是一样的。
7.3.2 流量与测量信号成非线性关系时的计算 流量与差压的非线关系：
F k k:
p
节流装置的比值系数。 针对不同信号范围的仪表，测量信号与流量的转换关系为：
p F2 10 10 0~10mADC的电动仪表： I p 2 Fmax max F2 16 4 4~20mADC的电动仪表： I 2 Fmax F2 20~100kPa的气动仪表： p 80 20 2 Fmax
7.3.1
流量与测量信号成线性关系时的计算
将工艺K（比值）如何折算成仪表比值系数K′ 对于DDZ-Ⅲ型仪表(4~20mADC)
I= K′= F ×16+4 Fmax I2 -4 I1 -4 (3—2) (3—3)
I1—副流量测量信号值 I2—主流量测量信号值 将（3—2）代入（3—2），得：
F2 16 4 4 F1max I 2 4 F2 max F2 F1max K' K F1 I1 4 F2 max 16 4 4 F1 F2 max F1max
第7章 比值控制系统
1. 2. 3. 4. 5.
6.
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。
比值控制系统的类型及应用
比值控制系统的类型及应用比值控制系统是一种常用的控制系统形式，它通过对被控对象的输入和输出进行比值运算，根据运算结果来调节控制器的输出信号，使得被控对象的输出始终保持在期望值的比值范围内。
相比于传统的比例控制系统，比值控制系统具有更高的控制精度和更强的抗干扰能力，适用于许多工业领域的控制需求。
比值控制系统的类型主要包括比例-积分（PI）控制系统、比例-积分-微分（PID）控制系统和模糊比值控制系统。
比例-积分（PI）控制系统是一种常见的比值控制系统，它通过将被控对象的输出与期望值之间的误差进行比值运算，然后乘以比例增益和积分时间，最终得到控制器的输出信号。
PI控制系统具有良好的稳定性和快速的响应速度，适用于对稳态误差要求较高的系统，如温度控制、流量控制和水位控制等。
比例-积分-微分（PID）控制系统在PI控制系统的基础上增加了微分时间，通过对误差的变化率进行比值运算，来进一步提高系统的响应速度和稳定性。
PID控制系统广泛应用于工业过程控制中，如压力控制、速度控制、位置控制和自动驾驶等。
它可以根据被控对象的动态特性来调整三个参数，以获得最佳的控制效果。
模糊比值控制系统是一种基于模糊逻辑的控制方法，它不依赖于精确的数学模型，而是根据专家经验和实际观测来建立模糊规则集，通过对输入的模糊度和输出的模糊度进行比值运算，从而实现控制目标。
模糊比值控制系统具有良好的鲁棒性和适应性，对于那些难以建模或者动态变化较大的系统，模糊比值控制系统能够有效地实现控制任务。
比值控制系统在许多领域中有着广泛的应用。
在工业自动化中，比值控制系统可以应用于温度控制、压力控制、流量控制、液位控制等过程控制领域。
比如，在温度控制领域，比值控制系统可以通过监测被控对象的实际温度和期望温度之间的比值差异，来进行控制器输出信号的调节，使得被控对象的温度始终保持在期望值的比值范围内。
在交通运输领域，比值控制系统可以应用于交通信号灯控制、车辆速度控制、智能轨道交通系统等。
比值控制系统
流量与其测量信号成非线性关系
Q C p
当流量从0～Qmax变化时，流量变送器的输出为4～
20mA DC，则任一中间流量值Q所对应的流量变送器
的输出信号为
I
Q2 Q2
max
16
4
可折算成上述仪表的比值系数为
K
K2
Q2 1max
Q2 2 max
2．动态补偿环节的整定
由图7—3可知该系统的传递函数是：
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。
串级（变）比值控制系统，它具有串级控制系统的一 些特点，那么，可以根据有串级控制系统调节器控制规律 的选择原则，主调节器选PI或PID控制规律，副调节器选 用P控制规律。
二、控制系统的整定
在整定比值控制系统时，主要的问题是信号的静态配 合，也就是把工艺上的比值K(K是指两流量的体积流量或 重量流量之比)折算成仪表上的比值系数K′。
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
二、双闭环比值控制系统 双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主流量回路
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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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。
比值控制系统
一、比值控制系统概述 二、比值控制系统的类型 三、比值系数的计算 四、比值控制系统的设计 五、比值控制系统Simuink仿真
一、比值控制系统概述
在工业控制现场，有的系统要求两种或几种 原料按一定比例进料。 例如： 1、氨合成生产过程：3H2+1N2=2NH3 要求H2和N2完全按照3：1进料。 2、造纸过程中，对纸浆浓度有要求，进料浓纸浆 和水的进料就要满足一定比例。 如果有三个进料，对三个进料之间需要满足一 定比例关系。
K’的计算: 存在两种情况：
1)当用与被测量是线性关系的仪表测量时
2)当用与被测量是非线性关系的仪表测量时
(实际被控量比值—测量值比值—显示值比值) K K’ K显
3.当主、从动量与测量值成线性 设主、从动量测量仪表量程为Q1MAX 和 Q2MAX。 若测量信号输出都为 0~20mA, 仪表比值系数 K′： 仪表比值系数：
从对象
F2
1、双闭环比值控制系统是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的不足。 2、在单闭环比值控制系统的基础上，增设了主流量控制 回路，克服了主流量干扰的影响。 3、实现精确的流量比值关系（动态比值），确保两物料 总量基本不变。 4、提降负荷比较方便，只需缓慢主流量控制器的给定， 就可以提降主流量，副流量自动跟踪提降，并保持比值 不变。
双闭环比值控制系统是为保证主动量稳定在给定值， 使得总量稳定。 结构上，在单闭环比值控制系统的基础上，增加一个主 动量的闭环控制系统。 即实现从动量跟随主动量变化而变化，又克服干扰，保 证输出总量稳定。
F1
F1C
Sp Sp
K
控制器
F1C
控制阀 变送器 控制阀 变送器
主对象
Байду номын сангаас
F1
K
F2C
F2
-
控制器
F2C
比值控制系统:
实现两个或两个以上参数符合一定的比例关系的 控制系统。
• 氨合成炉：物料A与物料B比值为K
两个或两个以上参数分为主动量和从动量。
主动量： 需要保持比值关系的两种物料中，处于主导地位 物料控制量，称之为主动量。 从动量： 按主物量进行配比变化的物料，在控制过程中随 主物料而变化，称之为从动量。
F1 K
比值 干扰
比值器
K
控制阀 变送器 方框图
对象 F1
F2
F2 原理图
随着F1的变化，F2将跟着变化，满足F2=K×F1的要求。
开环比值控制系统是最简单的比值控制系统， 同时也是一个开环控制系统。 特点：由于系统是开环的，对从动量F2有干扰 无法克服，无法保持比值关系。 适用场合：适用于从动量较平稳且比值关系要 求不高的场合，实际生产上很少用。
2） 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系统 存在的不足，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。
即实现从动量跟随主动量变化而变化，又可克 服从动量本身干扰对比值的影响。
F1 K
K
干扰 Sp
控制器
FC
控制阀
对象
F2
Sp
变送器
FC F2
变送器
F1
3）
双闭环比值控制系统
氨气F2
空气F1
三、 比值系数的计算
比值控制通过比值器比值实现。 比值器: 输入、输出为电量，系统的实际被控参数要 通过测量变送转变为电量。
比值器
控制器
FC
控制阀
变送器
对象
F2
F1:主动量 F2:从动量
F1
变送器
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。 K 比值控制系统实际参数的比值; K’ 为仪表的测量信号比值，称为仪表的比值系数; 控制系统比值器计算设置的是仪表的比值系数。 2.仪表比值系数 K′大小与比值 K 和测量变送器的 特性、量程有关。
主动量:物料B
从动量:物料A，跟随 物料B的流量而变化
比值控制系统就是要实现从动量与主动量 成一定的比值关系:
F2
K =
F1
F2—为从动量A ， F1—为主动量B
二、比值控制系统的类型
1) 2) 3) 4) 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
1） 开环比值控制系统
Q1 16 4 Q1 max Q2 I2 16 4 Q2 max I1 测量信号比值：K ' I2 I1
I 20 I1 4
Q2 16 I 2 4 Q2 max 则显示比值 : K 显 Q1 I1 4 16 Q1max Q1max K显 K Q 2 max