第6章 均匀控制系统
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将二被控参数置于一个控制系统中，通过调整 控制器参数，使前后设备在物料供求上相互均 匀、协调、统筹兼顾。
b. 实现方法 通过参数整定实现均匀控制策略。
比 例 度：>100% 积分时间：较长 微分时间：0（微分作用不符合均匀控制思想，
一般不采用微分作用）
c. 特点 结构上无特殊性
结构上同单回路控制或串级控制的结构。通过参数整定 可以实现定值控制或均匀控制。 以比较弱的控制作用实现均匀控制的目的。
使用仪表较多，投运较复杂，保养工作量大。
6.2.3 双冲量均匀控制
双冲量：此处指两个信号参量 1）控制方案图
塔1
IS FC
I0 IL
I0=IL-IF+IS
IS
控制器
控制阀
F
L
流量对象 液位对象
加法器
测量变送 测量变送
双冲量均匀控制原理图
双冲量均匀控制方框图
2）控制方案性质： 液位、流量二信号代数和为被控变量的单回路均匀 控制
b. 控制规律
➢ 定值控制：PID控制 ➢ 均匀控制：比例控制。
必要时加入积分控制作用。 加入积分作用的目的是增强控制作用。特别是在 出现连续的同向干扰时，可以防止被控参数越界。
c. 参数整定
➢ 定值控制：按照4 : 1～10 : 1衰减比整定参数。 ➢ 均匀控制：
比例度：一般大于100% (100%~200%) （注意不能过大，保证在最大干扰时的最大偏差不
6. 均匀控制系统
6.1 问题的提出及特点 1) 问题的提出 在连续生产过程中，有时前一个装置或设备的
出料量就是后一装置或设备的进料量，而后一 个装置或设备的出料量又作为下一个装置或设 备的进料量。
下图中甲塔出料量即为乙塔进料量。甲塔需保 持塔釜液位的稳定，设计了液面控制系统；乙 塔希望进料量保持不变，设计了流量控制系统。
6.2.1 简单均匀控制
1）控制系统构成 简单均匀控制的结构同单回路定值 控制。
塔1
塔2
LC
简单均匀控制
2）与单回路定值控制的区别：
a. 控制目的
➢ 定值控制：
保证被控参数的稳定，使其在给 定值的一个很小的δ域内波动。 ➢ 均匀控制：
协调前后两个被控参数，允许被 控参数在给定的允许范围内作缓慢 变化。
当甲塔塔釜液位在干扰作用下上升时，液位控制 发出信号使阀1开大，从而使乙塔进料流量增加。
于是乙塔流量控制产生控制作用又使阀2关小，其 结果会使甲塔液位升高，如此下去，这两个控制系统 始终在相互矛盾状态下工作。
为了解决前后两塔供求之间的矛盾，可在两塔之 间增加一个中间缓冲罐，这样既能满足甲塔液位控制 的要求，又缓冲了乙塔进料流量的波动，但由此却增 加了设备方面的投资使生产流程复杂化。
罐的自衡作用对流量的影响， 更好地协调两个参数。
串级均匀控制
2）控制规律的选择： 主控制器：
同简单均匀控制的控制器选择。 副控制器：
一般选择比例控制，在希望流 量系统更加平稳时，可以加入 积分控制作用。
3）串级均匀控制特点： 具有串级控制的一般特点。
能克服较大干扰，适用于系统前后压力波动较 大及储罐具有较强自衡能力的场合。
均匀控制系统可实现前后设备在物料供求关系上 互相协调、统筹兼顾。用一句话来简单概括均匀控制， 就是：表征前后供求矛盾的两个参数都应该在各自允 许的波动范围内缓慢变化。
LC
FC
LC FC
早期的连接方式
密集连接方式
控制要求：前塔塔釜液位与后塔进料流量均须相对平稳 右图中二控制回路具有强烈的关联作用，不能正常工作
c. 根据工艺条件和要求调整参数，使二曲线均达 到要求。
超过前一个参数的允许范围） 积分时间：相当大
3）简单均匀控制的特点： ① 结构简单，投运方便，成本低。
② 适用于干扰不大，要求不高的控制场合。
③ 对于自衡能力较强的液位系统，均匀控制的效 果较差。
6.2.2 串级均匀控制
1）构成： 结构同普通串级控制系统结构
塔1
LC FC
引入副环的目的：
塔2
克服控制阀两端的压力变化及
表征前后相互关联的参数应该是变化的，并且其变化应 该是缓慢的。
参数的变化应被限制在允许的范围为内。
实质：以牺牲控制灵敏度和控制质量为代价实现协调多 个参数的目的。
d. 注意： 两个相关联的参数可以有主、次之分，可以通过参数整 定实现
6.2 均匀控制方案
主要的均匀控制结构形式
简单均匀控制 串级均匀控制 双冲量均匀控制
3）符号关系表：
加法器计算式中各项前的符号根据选用的控制阀和控 制器的作用方式确定
控制阀 作用方式
控制器 作用方式
IL前符号
IF前符号
+
+
+
－
+
－
－
+
－
+
－
+
－
－
+
－
4）特点：
结构属性：
二参数差为被控变量的简单定值控制系统
以加法器为主控制器的串级控制系统。
单一的控制器是属于定值控制器。
控制规律：一般采用比例积分控制规律
b. 观察记录曲线，通过让液位的最大波动接近允许范 围的极限，使输出尽可能平稳。 ▼ 液位最大波动小于允许范围：适当加大比例度 ▼ 液位最大波动大于允许范围：减小比例度
② 比例积分控制
a. 按照纯比例控制方法整定获得一个适当的比例 度。
b. 适当加大比例度后，加入积分作用，逐渐减小 积分时间直到液位曲线出现缓慢的周期性衰减 震荡。
6.2.4 均匀控制系统控制器参数的工程整定
1）整定原则：
① 保证液位不超出允许波动范围前提下设置控制器 参数
② 通过修正控制器参数，使液位在最大的允许范围 内波动，充分利用容器的缓冲作用，使输出流量 尽量平稳。
③ 根据工艺要求调整控制器参数。
2）方法步骤： ① 纯比例控制
a. 将比例度置于不会引起液位超越允许范围的数值， 如100%
均匀控制：提出利用一套控制回路，兼顾前后两个被控参 数，使二者均能在允许的范围内波动，进而保证两设备稳 定操作的控制策略。
控制策略图形描述：
控制器静态放大倍数 KC的影响
塔1
塔2
LC
简单均匀控制
L,F F L
t (a) Kc较大
F L
t (b) Kc适中
F
L t
(a) Kc过小
2) 均匀控制的实现及特点 a. 均匀控制基本思想
b. 实现方法 通过参数整定实现均匀控制策略。
比 例 度：>100% 积分时间：较长 微分时间：0（微分作用不符合均匀控制思想，
一般不采用微分作用）
c. 特点 结构上无特殊性
结构上同单回路控制或串级控制的结构。通过参数整定 可以实现定值控制或均匀控制。 以比较弱的控制作用实现均匀控制的目的。
使用仪表较多，投运较复杂，保养工作量大。
6.2.3 双冲量均匀控制
双冲量：此处指两个信号参量 1）控制方案图
塔1
IS FC
I0 IL
I0=IL-IF+IS
IS
控制器
控制阀
F
L
流量对象 液位对象
加法器
测量变送 测量变送
双冲量均匀控制原理图
双冲量均匀控制方框图
2）控制方案性质： 液位、流量二信号代数和为被控变量的单回路均匀 控制
b. 控制规律
➢ 定值控制：PID控制 ➢ 均匀控制：比例控制。
必要时加入积分控制作用。 加入积分作用的目的是增强控制作用。特别是在 出现连续的同向干扰时，可以防止被控参数越界。
c. 参数整定
➢ 定值控制：按照4 : 1～10 : 1衰减比整定参数。 ➢ 均匀控制：
比例度：一般大于100% (100%~200%) （注意不能过大，保证在最大干扰时的最大偏差不
6. 均匀控制系统
6.1 问题的提出及特点 1) 问题的提出 在连续生产过程中，有时前一个装置或设备的
出料量就是后一装置或设备的进料量，而后一 个装置或设备的出料量又作为下一个装置或设 备的进料量。
下图中甲塔出料量即为乙塔进料量。甲塔需保 持塔釜液位的稳定，设计了液面控制系统；乙 塔希望进料量保持不变，设计了流量控制系统。
6.2.1 简单均匀控制
1）控制系统构成 简单均匀控制的结构同单回路定值 控制。
塔1
塔2
LC
简单均匀控制
2）与单回路定值控制的区别：
a. 控制目的
➢ 定值控制：
保证被控参数的稳定，使其在给 定值的一个很小的δ域内波动。 ➢ 均匀控制：
协调前后两个被控参数，允许被 控参数在给定的允许范围内作缓慢 变化。
当甲塔塔釜液位在干扰作用下上升时，液位控制 发出信号使阀1开大，从而使乙塔进料流量增加。
于是乙塔流量控制产生控制作用又使阀2关小，其 结果会使甲塔液位升高，如此下去，这两个控制系统 始终在相互矛盾状态下工作。
为了解决前后两塔供求之间的矛盾，可在两塔之 间增加一个中间缓冲罐，这样既能满足甲塔液位控制 的要求，又缓冲了乙塔进料流量的波动，但由此却增 加了设备方面的投资使生产流程复杂化。
罐的自衡作用对流量的影响， 更好地协调两个参数。
串级均匀控制
2）控制规律的选择： 主控制器：
同简单均匀控制的控制器选择。 副控制器：
一般选择比例控制，在希望流 量系统更加平稳时，可以加入 积分控制作用。
3）串级均匀控制特点： 具有串级控制的一般特点。
能克服较大干扰，适用于系统前后压力波动较 大及储罐具有较强自衡能力的场合。
均匀控制系统可实现前后设备在物料供求关系上 互相协调、统筹兼顾。用一句话来简单概括均匀控制， 就是：表征前后供求矛盾的两个参数都应该在各自允 许的波动范围内缓慢变化。
LC
FC
LC FC
早期的连接方式
密集连接方式
控制要求：前塔塔釜液位与后塔进料流量均须相对平稳 右图中二控制回路具有强烈的关联作用，不能正常工作
c. 根据工艺条件和要求调整参数，使二曲线均达 到要求。
超过前一个参数的允许范围） 积分时间：相当大
3）简单均匀控制的特点： ① 结构简单，投运方便，成本低。
② 适用于干扰不大，要求不高的控制场合。
③ 对于自衡能力较强的液位系统，均匀控制的效 果较差。
6.2.2 串级均匀控制
1）构成： 结构同普通串级控制系统结构
塔1
LC FC
引入副环的目的：
塔2
克服控制阀两端的压力变化及
表征前后相互关联的参数应该是变化的，并且其变化应 该是缓慢的。
参数的变化应被限制在允许的范围为内。
实质：以牺牲控制灵敏度和控制质量为代价实现协调多 个参数的目的。
d. 注意： 两个相关联的参数可以有主、次之分，可以通过参数整 定实现
6.2 均匀控制方案
主要的均匀控制结构形式
简单均匀控制 串级均匀控制 双冲量均匀控制
3）符号关系表：
加法器计算式中各项前的符号根据选用的控制阀和控 制器的作用方式确定
控制阀 作用方式
控制器 作用方式
IL前符号
IF前符号
+
+
+
－
+
－
－
+
－
+
－
+
－
－
+
－
4）特点：
结构属性：
二参数差为被控变量的简单定值控制系统
以加法器为主控制器的串级控制系统。
单一的控制器是属于定值控制器。
控制规律：一般采用比例积分控制规律
b. 观察记录曲线，通过让液位的最大波动接近允许范 围的极限，使输出尽可能平稳。 ▼ 液位最大波动小于允许范围：适当加大比例度 ▼ 液位最大波动大于允许范围：减小比例度
② 比例积分控制
a. 按照纯比例控制方法整定获得一个适当的比例 度。
b. 适当加大比例度后，加入积分作用，逐渐减小 积分时间直到液位曲线出现缓慢的周期性衰减 震荡。
6.2.4 均匀控制系统控制器参数的工程整定
1）整定原则：
① 保证液位不超出允许波动范围前提下设置控制器 参数
② 通过修正控制器参数，使液位在最大的允许范围 内波动，充分利用容器的缓冲作用，使输出流量 尽量平稳。
③ 根据工艺要求调整控制器参数。
2）方法步骤： ① 纯比例控制
a. 将比例度置于不会引起液位超越允许范围的数值， 如100%
均匀控制：提出利用一套控制回路，兼顾前后两个被控参 数，使二者均能在允许的范围内波动，进而保证两设备稳 定操作的控制策略。
控制策略图形描述：
控制器静态放大倍数 KC的影响
塔1
塔2
LC
简单均匀控制
L,F F L
t (a) Kc较大
F L
t (b) Kc适中
F
L t
(a) Kc过小
2) 均匀控制的实现及特点 a. 均匀控制基本思想