第7章 复杂控制系统下
化工自动化及仪表第八章复杂控制系统 第一节串级控制系统
图8-4 加热炉温度串级控制系统方块图
图8-5
副回路（副控制系统）
串级
控制 系统 组成 原理 及术
主设 定值
主控 制器
副设 定值
副控 制器
干扰
操纵
变量
副被控
变量
执行器 副对象
-
-
副测量值
副测量、变送
语
主测量值
主测量、变送
(1) 组成原理
①将原被控对象分解为两个串联的被控对象。
干扰 主对象
主被控 变量
TC
TT
PC
PT
燃料油 气开阀
被加热原料
T 出口温度
解答：
(1)阀的气开、气关特性
依据安全原则，当供气中断时，应使控制阀处于 全关闭状态，不致烧坏加热炉，所以应选气开阀
TC燃料油 气开阀
被加热原料
T 出口温度
(2)控制器的正、反作用
副控 制器
因为：P ys e
P 燃料量 阀开度 u
根据系统的结构和所担负的任务来分：串级、均
匀、比值、分程、选择性、前馈、多冲量等
本章研究内容：
8.1 串级控制系统 8.2 均匀控制系统 8.3 比值控制系统 8.4 分程控制系统 8.6 前馈控制系统
8.1 串级控制系统
复杂控制系统中用的最多的一种。
适用场合：当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、
频繁，采用简单控制质量较差，或要求被控变量 的误差范围很小，简单控制系统不能工艺满足要 求。
人们研究出了一种不需要增加太多的仪表就可以 使被控变量达到较高的控制精度的方法——串级控制 系统。
串级控制系统的思想：
把时间常数较大的被控对象分解为两 个时间常数较小的被控对象。
复杂控制系统习题
复杂控制回路1．什么叫串级控制系统?画出一般串级控制系统的典型方块图。
答：串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。
它是由主、副两个控制器串接工作的。
主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。
2．串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合?答串级控制系统的主要特点为：(1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统；(2)系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量}(3)由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响；(4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。
串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。
3．串级控制系统中主、剧变量应如何选择?答主变量的选择原则与简单控制系统中被控变量的选择原则是一样的。
副变量的选择原则是：．(1)主、副变量间应有一定的内在联系，副变量的变化应在很大程度上能影响主变量的变化；(2)通过对副变量的选择，使所构成的副回路能包含系统的主要干扰；(3)在可能的情况下，应使副回路包含更多的主要干扰，但副变量又不能离主变量太近；(4)副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防“共振”的发生4．为什么说串级控制系统中的主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统?答串级控制系统的目的是为了更好地稳定主变量，使之等于给定值，而主变量就是主回路的输出，所以说主回路是定值控制系统。
副回路的输出是副变量，副回路的给定值是主控制器的输出，所以在串级控制系统中，副变量不是要求不变的，而是要求随主控制器的输出变化而变化，因此是一个随动控制系统。
5．怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律?答串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求较高，一般不允许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后较大时，也可引入适当的微分作用。
串级控制系统通用方块图
炉膛温度
7
主对象 — 由主变量表征其主要特征的工艺设备或过 程，其输入量为副变量，输出量为主变量。
副对象 — 由副变量表征其特性的工艺生产设备或过 程，其输入量为系统的操纵变量，输出量为副变量。 炉出口温度对象
炉膛温度对象
8
主控制器 — 按主变量的测量值与给定值的偏差进行 工作的控制器，其输出作为副控制器的 给定值。
➢所以，主控制器的正、反作用就只取决于主对象的符号。
为了保证回路中各环节总的符号乘积为负，当主对象的符
号为 “+”时，主控制器必须是“－”号，即选择反作
用；而当主对象的符号为“－”时，主控制器必须是“+”
号，选择正作用。
15
【例题】 如图所示的精馏塔提馏段温度与加热蒸汽流量串 级控制系统中，执行器选为气关式，试确定主、副控制器的 正、反作用。
副控制器 — 按副变量的测量值与主控制器的输出信 号的偏差进行工作的控制器，其输出直 接控制执行器的动作。
炉出口温度控制器
炉膛温度控制器
9
主回路 — 由主测量变送器、主控制器、副回路等效 环节和主对象组成的闭合回路，又称外环 或主环。
副回路 — 由副测量变送器、副控制器、执行器和副 对象所组成的闭合回路，又称内环或副环。
10
方块图：
工艺控制流程图：
11
串级控制系统通用方块图:
12
串级控制系统在结构上具有如下特点： ➢在串级控制系统中，有两个闭环负反馈回路，每个回路都有自 己的控制器、测量变送器和对象，但只有一个执行器。 ➢两个控制器采用串联控制方式，主控制器的输出作为副控制器 的给定值，而由副控制器的输出来控制执行器的动作。 ➢主回路是一个定值控制系统，副回路则是一个随动控制系统。
复杂控制系统
第一节 串级控制系统
2.一步整定法 副控制器的参数按经验直接确定 ,主控制器的参数按 简单控制系统整定。
实践证明
这种整定方法，对于对主变量要求较高，而对副变 量没有什么要求或要求不严，允许它在一定范围内变化 的串级控制系统，是很有效的。
第二节 其他复杂控制系统
一、均匀控制系统
1.均匀控制的目的
满足均匀控制要求的方法
简单均匀控制
通过控制器的参数整定来实现。
第二节 其他复杂控制系统
（2）串级均匀控制
可在简单均匀控制方案基础 上增加一个流量副回路，即构成 串级均匀控制。
参数整定的方法
由小到大地进行调整。
串级均匀控制
串级均匀控制系统的主、副控制器一般都采用纯比例 作用的。只在要求较高时，为了防止偏差过大而超过允许 范围，才引入适当的积分作用。
第一节 串级控制系统
选择串级控制系统的副变量一般有两类情况： 一类情况是选择与主变量有一定关系的某一中间变量 作为副变量; 另一类选择的副变量就是操纵变量本身,这样能及时克 服它的波动,减小对主变量的影响。
第一节 串级控制系统
举例
通过这套串级控制系统， 能够在塔釜温度稳定不变时， 蒸汽流量能保持恒定值，而 当温度在外来干扰作用下偏 离给定值时，又要求蒸汽流 量能作相应的变化，以使能 量的需要与供给之间得到平 衡，从而保持釜温在要求的 数值上。
第二节 其他复杂控制系统
特点
由于增加了副回路，可以及时克服由于塔内或排 出端压力改变所引起的流量变化。 串级均匀控制系统协调两个变量间的关系是通过 控制器参数整定来实现的。 在串级均匀控制系统中，参数整定的目的不是 使变量尽快地回到给定值，而是要求变量在允许的范 围内作缓慢的变化。
第四讲复杂控制系统
概述
复杂控制系统： 与简单控制系统不同的其他控制形式(结
构上较为复杂或控制目的上较为特殊的控制系统)。
2
概述
根据根据系统的结构和所担负的任务
复杂控制系统
串级 控制 系统
前馈反馈控 制系统
导前微 分制系 统
3
复杂控制系统
一、串级控制系统
1、概念 串级控制系统是指控制系统中有两个相互串联的 调节器，两个反馈通道分别将测量信号送入两个调 节器并以此形成回路的双回路控制系统。
3.前馈—反馈控制的选用原则：
• 控制系统中控制通道的惯性和迟延较大，反馈 控制达不到良好的控制效果时可以引入前馈控 制 • 如果系统中存在经常变动、可测而不可控的扰 动时，反馈控制难以克服扰动对被控量的影响， 这时可引入被调量微分信号的调节系统
对于时间常数大、阶次高和迟延大的对象，为 了改善其调节品质，除了采用串级调节外，还可 以采用引入中间被调量微分信号的调节系统。例 如过热汽温调节系统，其中间被调量就是减温器 后的汽温，汽温调节器除接受过热器出口温度信 号外，还同时接受减温器后汽温的微分信号。
2．主、副控制器的选型 （1）主参数控制质量要求不十分严格，同时 在对副参数的要求也不高的情况下，为使 两者兼顾而采用串级控制方式时，主、副 控制器均可采用比例控制(P)。 （2）要求主参数变动范围很小，且不允许有 余差(稳态误差)时，副控制器可采用比例控 制（P），主控制器采用比例积分控制（PI）
图3-1 串级控制系统典型方块图
副回 路
图3-2 串级控制系统典型方块图
5
2、理解
串级控制系统中有两个调节器，这两个 调节器相互串联，前一个调节器的输出作 为后一个调节器的输入。这两个调节器分 别叫作主调节器和副调节器，即主调节器 的输出进入副调节器，作为副调节器的给 定值。
常见的复杂控制系统有串级均匀比值精选全文
(1)两个变量在控制过程中都 应该是变化的,且变化缓慢。
(2)前后互相联系又互相矛盾 的两个变量应保持在所允许的 范围内波动。
过程控制系统
二.均匀控制系统的方案 1 .简单均匀控制
过程控制系统
如何能够满足均 匀控制的要求呢?是 通过控制器的参数 整定来实现的。
有时为了克服连续发生的同一方向干扰所造成的 过大偏差，防止液位超出规定范围，则引人积分作 用，这时比例度一般大于100％，积分时间也要放 得大一些。
主变送器：测量并转换主被控变量的变送器。 副变送器：测量并转换副被控变量的变送器。 主对象：大多为工业过程中所要控制的、由主被控 变量表 征其主要特性的生产设备或过程。 副对象：大多为工业过程中影响主被控变量的、由副被控变 量表征其特性的辅助生产设备或辅助过程。 副回路:由副变送器、副控制器、控制阀和副对象所构成的 闭环回路 , 又称为“ 副环” 或“内环”。 主回路：由主变送器、主控制器、副回路等效环节、主对象 所构成的闭环回路，又称为“主环”或“外环”。
副被控变量（Y2）：大多为影响主被控变量的重要参数。 主控制器：在系统中起主导作用，按主被控变量和其设定值之差 进行控制运算，并将其输出作为副控制器给定值。 副控制器：在系统中起辅助作用，按所测得的副被控变量和主控 输出之差来进行控制运算，其输出直接作用于控制阀的控制器， 简称为“副控”。
过程控制系统
K= F2/F1 式中K为从动流量与主动流量的工艺流量比值。 F1---主动流量(其物料处于主导地位既主物料 ) F2---从动流量(其物料在控制过程中随主物料而变化 )
燃料与空气成比例,什么是主动物料?什么是从动物料?
氢氧化钠浓溶液与水成比例,什么是主动物料?什么是从动物 料?
一.比值控制系统的类型
复杂控制系统培训课程PPT(共70页)
6.1.2.1改善被控过程的动态特性
控制通道等效副对象的传函：
G 0 2 (s)1 G C G 2(C s2 )(s G )V G (s V )(s G )0 G 2(0 s2 )(s G )m 2(s)
设： G c2(s)Kc2 Gm2(s)Km2
Gv(s) Kv
G02(s)
K02 T2s 1
为此，设计出各种复杂控制系统。
6.1 串级控制系统 当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时， 采用简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工 艺上的要求，这时，可考虑采用串级控制系统。
6.1.1串级控制系统基本结构及工作过程 串级控制是在简单控制系统基础上的改进。
例 管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置 之一，它的任务是把原油加热到一定温度，以保证 下道工艺的顺利进行。因此，需要控制原油加热后 的出口温度。
F1(s)、F2(s)
Go2(s) Θ2(s)
Θ1(s) Go1(s)
将副环等效为：
F3(s)、F4(s) G*o2(s)
X2(s)
G’o2(s) Θ2(s)
Gm1(s)
G 0 2 (s)1 G C G 2(C s2 )(s G )V G (s V )(s G )0 G 2(0 s2 )(s G )m 2(s) G 0 2 (s)1G C 2(s)G V G (0 s2 )(sG )0 2(s)G m 2(s)
给定 ＋
主控制器
＋
－
－
副控制器
执行器 副变送器
主变送器
干扰
副对象 副变量
主对象
主变量
控制过程分析：
1．燃料压力f3(t)、燃料热值f4(t)发生扰动—— 干扰进入副回路
智能控制复杂系统的分层递阶智能控制
2.3.5 贝叶斯学习控制
❖ 所谓贝叶斯学习控制，就是运用一种基于贝叶斯定理旳 迭代措施来估计未知旳密度函数信息。
❖ 类似于记录模式识别中旳状况，假如概率分布或密度函 数位置或不全已知，则控制器旳设计可以首先学习未知旳密 度函数，然后根据估计信息实现控制律。假如这种估计迫近 真实函数，则控制律也迫近最优控制律。
2.3.3 基于模式识别旳学习控制
1. 基本思想
针对先验知识不完全旳对象和环境，将控制局势进 行分类，确定这种分类旳决策，根据不一样旳决策 切换控制作用旳选择，通过对控制器性能估计来引 导学习过程，从而使系统总旳性能得到改善。
2.3.3 基于模式识别旳学习控制
2. 原理 学习控制系统是具有三个反馈环旳层次构造。底层 是简朴反馈环，包括一种赔偿器，它提供控制作用； 中间层是自适应层，包括一种模式识别器，它对赔 偿器进行调整，以影响对象动态特性变化旳估计； 高层是学习环，包括一种“教师”（一种控制器）， 它对模式识别器进行训练，以做出最优或近似最优 旳识别。
4. 解释器（explanator) 解释器可以向顾客解释专家系统旳行为，包括解释推理结 论旳对旳性以及系统输出其他候选解得原因。
5. 接口（interface) 接口又称界面，它可以使系统与顾客进行对话，使顾客可 以输入必要旳数据、提出问题和理解推理过程和推理成果 等。系统则通过接口规定顾客回答提问，并回答顾客提出 旳问题，进行必要旳解释。
协调级
• 是组织级和执行级的接口，负责将组织级的指令分配 为执行级的各项子任务，同时反馈任务执行的信息。
执行级
• 一般由多个硬件控制器所组成，负责具体的过程控制。
2.1.2 组织级
组织级功能
机器推理 • 根据前提和规则，推出结论的能力
自动控制--第七章 串级调节系统
果副环外面的对象容积数目较多，同时有主要扰动落 在副环外面的情况，就可以考虑采用PID调节器。
2 串级调节系统的整定方法 频率：主要决定于调节对象的动态特性，整定时 ，提高副环的频率，使主、副环的频率错开，最好相 差三倍以上，以减少相互之间的影响 增益：应尽量加大副调节器的增益
（1）在通常情况下先整定副调节器后整定主 调节器
器，则可得
Z2
1 '2 '0
1 '2 T1 T2 2 ' T1T2
（7-10 ）
若使串级调节系统和单回路调节系统具有同样的 衰减系数值ζ，则它们过渡过程频率之比为
Z1 T1 T2 Kc2 K02T1 1 (1 K c2 K02 )T1 T2
Z 2
T1 T2
1 T1 T2
7．1．1 串级调节系统的组成
图7-3是管式加热炉串级调节系统图7-2的框图。 干干扰扰F管2F表1表式示示加燃另原热料一料炉油部油对分本象为身分炉流为膛两及部燃分。一 压力量、部组进分分口为烧的温受装变度热置化等管—的—道变温—化度—温 对度 象2对象1
主调回 节路 器，是执由行主器变和量主的、测副量对变象它送构的装成输它置的出的，外变输主回量出、路变副，量为原 从系亦统称的外结环构或来主看环，这两个调 为炉膛料温油度出θ2口温度θ1 节副器回是路串接是工由作副的变，量因的此测，量这变送装置，副调节器执行 样的器系和统副称对为象串所级构调成节的系内统回路，亦称内环或副环
② 将副调节器置于这一求得的比例度上，把副 回路视为调节系统中的一个组成部分，用同样的方法 ，求出主回路在ψ = 0.75～0.9的衰减过程的主调节器 比例度P1s和被调量y1在出现第一个高峰时的时间tr1。 然后根据P1s 、tr1按经验公式表6-4，求出主调节器的 参数。按“先副环后主环”的原则，先放上副调节器 参数，后放上主调节器参数。如果投人运行后的调节 过程不够满意，对调节器参数再作适当调整。
复杂控制系统课件
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航空航天控制系统实例
总结词
航空航天控制系统的特点是高精度、高可靠性和高度集成化。
详细描述
航空航天控制系统的实例包括飞机和航天器的自动驾驶系统、导航系统、推进系统等。这些系统需要 精确地控制飞行姿态、速度和高度等参数，以实现安全、稳定的飞行和发射。同时，这些系统还需要 能够承受极端环境和条件下的工作，以确保飞行的安全和可靠性。
遗传算法是一种基于生物 进化原理的优化算法。
它通过模拟生物进化过程 中的基因突变、交叉和选 择等操作，来寻找最优解。
遗传算法具有全局搜索能 力强、能够处理多变量和 非线性问题等优点，但计 算量较大，需要调整的参 数也较多。
05
复杂控制系统的稳定性分析
稳定性分析的基本概念
平衡状态
系统在不受外界干扰的情 况下，能够保持不变的状态。
稳定性
系统受到外界干扰后，能 够恢复到平衡状态的性能。
线性系统与非线性系统
线性系统是指系统的输出 与输入成正比，而非线性 系统是指系统的输出与输
入不成正比。
线性系统的稳定性分析
1 2 3
劳斯-赫尔维茨准则 用于判断线性系统是否稳定的准则，通过计算系 统的特征方程的根来判断系统的稳定性。
频域分析法 通过分析系统的频率响应来研究系统的稳定性， 主要方法有Nyquist稳定判据和Bode图法。
优化算法广泛应用于控制系统设 计、信号处理、机器学习等领域。
优化算法的目标是找到使某个性 能指标达到最优的控制参数。
优化算法可以通过不同的迭代方 法来逼近最优解，如梯度下降法、 牛顿法等。
梯度下降法
梯度下降法是一种基于函数梯度的优化算 法。
它通过不断沿着函数梯度的负方向更新参 数，来逐渐逼近最优解。
复杂控制系统(已修改)
21 复杂控制系统一、概述1、单回路控制系统——简单控制系统：在一般情况下能够满足生产控制要求。
特殊情况：系统干扰因素多、干扰变化剧烈，以及工艺特殊要求。
2、复杂控制系统——串级控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、前馈控制系统、选择控制系统、分程控制系统等复杂系统--随着控制理论与工业应用的发展，包含的内容也不同，例如复杂大系统--人口系统，环境控制，能源控制，企业生产经营控制等。
3、多回路系统多回路系统特征：基于PID控制策略；由多个控制回路组成的系统。
4、多回路系统的发展80-90%控制系统是基于PID控制的系统，包括多回路系统。
多回路系统应用状况以乙烯生产厂为例，它共有421个控制回路其中：常规PID单回路347个，串级、比值等74个（串级24）多回路系统占17.5%。
二、串级控制系统的构成加热炉是工业生产中常用设备之一。
工艺要求被加热物料的温度为某一定值，因此选取加热炉的出口温度为被控变量，选取燃料量为操纵变量，构成图5-1（a）所示的单回路控制系统。
影响炉出口温度的因素很多，主要有：被加热物料的流量和炉前温度变化[f1(t)]；燃料热值的变化、压力的波动[f2(t)]；烟囱挡板位置的改变、抽力的变化[f3(t)]等。
图5-1（a）系统的特点是，所有对被控变量的扰动都包含在这个回路之中，并都由温度控制器来克服。
但是控制通道的时间常数和容量滞后较大，控制作用不用及时，系统克服扰动的能力较差，不能满足工艺的要求。
为此，另外选择，炉膛温度为被控变量，燃料量为操纵变量，设计图5-1（b）所示的单回路控制系统，以维持炉口温度为某一定值。
该系统的特点是对于扰动[f2(t)] 、[f3(t)]能及时有效地克服，但是扰动[f1(t)]未包括在系统内，系统不能克服扰动[f1(t)]对炉出口温度的影响，仍然不能达到生产工艺要求。
综上分析，为了充分应用上述两种方案的优点，选取炉出口温度为被控变量，选择炉膛温度为中间辅助参数，把炉出口温度控制器的输出作为炉膛温度控制器的设定值，构成了图5-2所示的炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统，图5-3是它的方块图。
【2024版】第7章可编程逻辑控制器实验
可编辑修改精选全文完整版第7章可编程逻辑控制器实验可编程逻辑控制器（PLC）是以微处理器为核心的通用工业自动控制装置，它具有控制能力强、可靠性高、易于扩展、通用性强、使用灵活方便等优点。
现代的PLC不仅可以取代继电器控制系统，还可以进行复杂的生产自动控制，是现代自动化生产线上必不可少的控制设备。
本章从工程应用的角度出发，以最基本的起停、自锁、互锁、定时、计数控制，到闭环控制、数据传输等高级功能讲述PLC学习过程中，必须熟练掌握的指令系统、软件设计与开发思路。
最后通过组态软件（上位机）与PLC的连接实现PLC数据的通信功能。
目前市场上PLC的种类繁多，但其应用领域、工作原理、基本结构和设计思想都基本类似，本章以国内工矿企业应用比较典型的产品—西门子S7-200系列PLC为核心展开实验，读者可以通过对该系列PLC的深入了解后，扩展对其它系列PLC的学习。
7.1 基本逻辑指令实验学习完PLC硬件系统配置，对PLC的输入输出端口和数据存储方式有了一定了解，利用基本逻辑指令实验进一步巩固PLC的逻辑控制方面的知识，理解从继电器控制系统到PLC控制系统转化的必然性。
在基本逻辑指令实验中，主要了解PLC各存储区（V、I、Q、M、S、L、SM等）空间的大小与区别；了解PLC各中变量（字、字节、字、双字）的存储方式与相互关系；了解定时器的特点和用法；了解计数器的特点和用法；了解PLC编程中的一些典型编程方法。
7.1.1 位逻辑指令启、停控制程序实验实验1. 通用双按钮（启动、停止）控制的启停控制输入端口：启动I0.0 停止I0.1输出端口：输出指示Q0.0控制说明：启动I0.0采用常开按钮，停止I0.1采用常闭按钮（通常是红色按钮，为了与工业现场应用保持一致，本文中所有独立的停止按钮都采用常闭按钮进行连接，如果实验中没有常闭按钮，请注意程序的编写），当启动I0.0闭合On时，输出Q0.0闭合并且保持，当停止I0.1按钮断开Off时，Q0.0断开且保持。
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G02(s) Gm2(s)
Q2(s)
G0(s)
Y(s)
Q1(s)
K'
÷ Gm1(s) Gm(s)
图7.23 变比值控制系统框图
7.4.2比值控制系统的设计与参数整定
1．比值控制系统设计
1）主流量、副流量的确定原则：
①生产中起主导作用的物料流量，一般选为主流 量，其余的物料流量跟随其变化，为副流量。
例如，变换炉工艺中，煤气与水蒸气（5~8倍）在 触媒的催化下，转化成二氧化碳和氢气。温度越高转 化率越高，但温度过高会影响触媒寿命。如果根据触 媒层的温度调节其比例系数，就能保持最佳的触媒温 度和最高的转化率。
除法器算出蒸汽与煤气 温度控制器TC根据触媒的实 流量的实际比值，输入 际温度与给定温度的偏差， 到流量控制器FC。 计算流量比值的给定值。
7.4 比值控制系统
生产过程中，经常需要几种物料的流量保持一定 的比例关系。例如，在锅炉的燃烧系统中，要保持燃 料和空气量的一定比例，以保证燃烧的经济性。 定义：实现两个或多个参数符合一定比例关系的 控制系统，称为比值控制系统。 例如要实现两种物料的比例关系，则表示为：
Q2=K Q1
其中：K—比值系数；Q1—主流量； Q2—副流量 。
Q Q 1 1 I ( 2 04 ) 4 1 6 4 因 1 Q Q 1 m a x 1 m a x
Q2 I2 16 4 Q2max
代入工艺比值公式：
( I 4 ) 'Q Q 2 m a x 2 m a x 2 Q K K2 Q ( I 4 ) Q 1 Q 1 m a x 1 1 m a x
而仪表比值公式：
(I 2 4) K (I1 4)
'
得换算公式：
Q1max K K Q2max
'
（2）流量与测量信号之间成非线性关系
利用节流原理测流量时，流量计输出信号与流量的 平方成正比： ∆I=CQ2
则
2 Q1 I1 2 16 4 Q1max
Q2 I2 2 2 16 4 Q2max
F1T K F2T F2C Q2 F1C Q1
Q1是主流量，Q2是副 流量。两个流量都可控， 因此总流量稳定。
给定
主流量控制器 执行器 对象
Q1
－
主测量、变送
K Q2
副流量控制器
执行器
对象
－
副测量、变送
双闭环比值控制系统方块图
4．变比值控制系统 以上介绍的都是定比值控制系统。在有些生产过 程中，要求两种物料流量的比值随第三个工艺参数的 需要而变化，为满足这种工艺的要求，就出现了变比 值控制系统。
F1T F2T K F2C Q2 Q1
对 Q1 只测量、不控 制。 Q1 变化， Q2 跟着变 化，总流量不稳定。
给定 控制器F1C － 控制器F2C 执行器 对象
Q2
－ 副测量、变送
主测量、变送 Q1
单闭环比值控制系统方块图
3. 双闭环比值控制系统
为了克服单闭环比值控制中主流量不受控制的缺 点，增加了主流量控制回路。特点： 有两个闭环控制回路， 用比值器联系。 控制目标：Q2=K Q1
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。
3）调节器控制规律的确定
比值控制系统中，调节器的控制规律是根据控 制方案和控制要求而定。 在单闭环比值控制系 统中，比值器K起比值计 算作用，若用调节器实现， 则选P调节；调节器F2C 使副流量稳定，为保证控 制精度可选PI调节。
7.4.1比值控制系统的种类
1. 开环比值控制系统 如图Q1是主流量，Q2是副流量。流量变送器FT 检测主物料流量Q1；由控制器FC及安装在从物料管 道上的阀门来控制副流量Q2。 此控制方案的优点是 结构简单、成本低。缺点 是无抗干扰能力，当副流 管线压力等改变时，不能 保证所要求的比值。
Q1
FT FC Q2
最后通过调整蒸 汽量（改变蒸汽 与半水煤气的比 值）来使变换炉 触媒层的温度恒 定在给定值上。
F2T
TT
F1T
转化气
应当注意，在变比值控制系统中，流量比值只 是一种控制手段，不是最终目的，而第三参数（如 本例中温度）往往是主要被控参数。
X (s) Gc1(s)
_
Kr' +
_
+
Gc2(s)
Gv2(s)
5）比值系数的计算
工艺规定的流量（或质量）比值K不能直接作为 仪表比值使用，必须根据仪表的量程转换成仪表的 比值系数K’后才能进行比值设定。 变送器的转换特性不同，比值系数K’的计算公 式不同。 （l）流量与测量信号之间成线性关系 如果Q1的流量计测量范围为0～Q1max 、Q2的流 量计测量范围为0～Q2max，则变送器输出电流信号和 流量之间的关系如下：
代入工艺比值公式：
2 2 2 Q ( I － 4 ) Q Q 2max 2 2max 2 ' K =2 = = K 2 2 2 Q Q ( I － 4 ) Q 1 1max 2 1max
控制目标：Q2＝K Q1
Q1 FT
FC Q2
给定 控制器 － 测量、变送 Q1 执行器 对象
Q2
开环比值控制系统方块图
2. 单闭环比值控制系统
为了克服开环比值控制的不足，在开环比值控 制的基础上，增加对副流量的闭环控制。特点： 对Q2进行闭环控制，比值控制精度提高。 控制目标：Q2=K Q1
Q1
F1T F2T
K
P
F2C PI Q2
双闭环比值控制不仅 要求两流量保持恒定的比 值关系，而且主、副流量 均要实现定值控制，所以 两个调节器均应选PI调节； 比值器选P调节。
Q1 F1T
P
F1C PI K F2C PI Q2
F2T
4）正确选择流量计及其量程
各种流量计都有一定的适用范围（一般正常流 量选在满量程的70％左右），必须正确地选择和使 用，可参考有关设计资料、产品手册。
②工艺上不可控的物料流量，一般选为主流量。 ③成本较昂贵的物料流量一般选为主流量。 ④当生产工艺有特殊要求时，主、副物料流量的 确定应服从工艺需要。
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。