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1、工业生产过程控制 前馈及比值控制1 1第1页，本讲稿共76页3.1.1 前馈控制原理及特点前馈控制原理及特点例：反馈控制与前馈控制例：反馈控制与前馈控制反馈控制（闭环控制）反馈控制（闭环控制）前馈控制（开环控制）前馈控制（开环控制）主要干扰主要干扰2 2第2页，本讲稿共76页1 1）前馈控制基本思想前馈控制基本思想前馈控制基本思想前馈控制基本思想l l反馈控制依据及不足反馈控制依据及不足反馈控制依据及不足反馈控制依据及不足 依据：偏差信号，依据：偏差信号，依据：偏差信号，依据：偏差信号，弱点：干扰影响到被控变量后才能实施控制，具弱点：干扰影响到被控变量后才能实施控制，具弱点：干扰影响到被控变量
2、后才能实施控制，具弱点：干扰影响到被控变量后才能实施控制，具 有一定的滞后性。有一定的滞后性。有一定的滞后性。有一定的滞后性。l l前馈控制前馈控制前馈控制前馈控制 是依据进入系统的干扰量产生合适的控制作用，使被是依据进入系统的干扰量产生合适的控制作用，使被是依据进入系统的干扰量产生合适的控制作用，使被是依据进入系统的干扰量产生合适的控制作用，使被控变量维持在设定值的一种控制方法。控变量维持在设定值的一种控制方法。控变量维持在设定值的一种控制方法。控变量维持在设定值的一种控制方法。l l理论上讲，前馈控制具有被控变量不变性功能。理论上讲，前馈控制具有被控变量不变性功能。理论上讲，前馈控制具有被
3、控变量不变性功能。理论上讲，前馈控制具有被控变量不变性功能。3 3第3页，本讲稿共76页反馈控制：反馈控制：前馈控制：前馈控制：控制及时性控制及时性 依据干扰实施控制依据干扰实施控制 2 2）前馈控制基本特性）前馈控制基本特性）前馈控制基本特性）前馈控制基本特性 开环控制开环控制 干扰干扰干扰通道干扰通道控制通道控制通道控制信号控制信号被控变量被控变量偏差偏差被控变量被控变量测量变送测量变送控制器控制器控制器控制器被控变量被控变量控制通道控制通道干扰通道干扰通道干扰干扰控制信号控制信号4 4第4页，本讲稿共76页 前馈控制传递函数前馈控制传递函数 前馈控制理想控制曲线前馈控制理想控制曲线满足被
4、控变量不变性原理满足被控变量不变性原理控制作用曲线控制作用曲线5 5第5页，本讲稿共76页 前馈控制器前馈控制器前馈控制器前馈控制器注意：前馈控制器不同于反馈控制应用的一般控制器，注意：前馈控制器不同于反馈控制应用的一般控制器，而是一种针对具体对象的专用控制器而是一种针对具体对象的专用控制器 前馈控制传递函数前馈控制传递函数 决定于干扰通道与控制决定于干扰通道与控制通道特性函数之比通道特性函数之比控制规律：控制规律：理想状态（不变性原理）理想状态（不变性原理）6 6第6页，本讲稿共76页a.a.反馈控制基本特征反馈控制基本特征反馈控制基本特征反馈控制基本特征l l闭环控制：对所有影响被控闭环控
5、制：对所有影响被控闭环控制：对所有影响被控闭环控制：对所有影响被控变量的干扰均具有一定的克变量的干扰均具有一定的克变量的干扰均具有一定的克变量的干扰均具有一定的克服能力，具有检测控制效果服能力，具有检测控制效果服能力，具有检测控制效果服能力，具有检测控制效果的能力。的能力。的能力。的能力。l l控制依据：被控变量偏差控制依据：被控变量偏差控制依据：被控变量偏差控制依据：被控变量偏差l l检测信号：被控变量检测信号：被控变量检测信号：被控变量检测信号：被控变量l l不及时行：存在控制的不及不及时行：存在控制的不及不及时行：存在控制的不及不及时行：存在控制的不及时性，不能完全消除偏差时性，不能完全
6、消除偏差时性，不能完全消除偏差时性，不能完全消除偏差l l控制器：可以采用普通的、控制器：可以采用普通的、控制器：可以采用普通的、控制器：可以采用普通的、普遍应用的一般控制器普遍应用的一般控制器普遍应用的一般控制器普遍应用的一般控制器b.b.前馈控制基本特性前馈控制基本特性前馈控制基本特性前馈控制基本特性l l开环控制：仅对选定干扰具有开环控制：仅对选定干扰具有开环控制：仅对选定干扰具有开环控制：仅对选定干扰具有克服能力，不具有检测控制效克服能力，不具有检测控制效克服能力，不具有检测控制效克服能力，不具有检测控制效果的能力。果的能力。果的能力。果的能力。l l控制依据：干扰量大小控制依据：干扰
7、量大小控制依据：干扰量大小控制依据：干扰量大小l l检测信号：扰动量检测信号：扰动量检测信号：扰动量检测信号：扰动量l l及时性：控制及时。理论及时性：控制及时。理论及时性：控制及时。理论及时性：控制及时。理论上具有不变性上具有不变性上具有不变性上具有不变性l l控制器：由被控对象特性确控制器：由被控对象特性确控制器：由被控对象特性确控制器：由被控对象特性确定的专用控制器定的专用控制器定的专用控制器定的专用控制器2）前馈控制系统特点）前馈控制系统特点 反馈控制与前馈控制特性比较反馈控制与前馈控制特性比较7 7第7页，本讲稿共76页静态前馈补偿控制静态前馈补偿控制静态前馈补偿控制静态前馈补偿控制
8、a.a.特征：特征：特征：特征：l l稳态不变性稳态不变性原理，不保证控制过程中动态偏差为原理，不保证控制过程中动态偏差为原理，不保证控制过程中动态偏差为原理，不保证控制过程中动态偏差为0 0l l控制器输出仅是干扰量的函数，控制器输出仅是干扰量的函数，与时间无关与时间无关与时间无关与时间无关b.静态前馈补偿函数：静态前馈补偿函数：静态前馈补偿控制静态前馈补偿控制动态前馈补偿控制动态前馈补偿控制3）前馈控制主要形式）前馈控制主要形式c.静态前馈补偿函数获得：静态前馈补偿函数获得：利用衡算式（物料衡算、能量衡算、动量衡算）利用衡算式（物料衡算、能量衡算、动量衡算）8 8第8页，本讲稿共76页例：
9、换热器温度前馈补偿控制例：换热器温度前馈补偿控制例：换热器温度前馈补偿控制例：换热器温度前馈补偿控制热量衡算热量衡算（忽略过程的热量损失）（忽略过程的热量损失）静态前馈补偿控制式：静态前馈补偿控制式：控制器特性控制器特性9 9第9页，本讲稿共76页l l静态前馈补偿控制式：静态前馈补偿控制式：l l静态前馈补偿控制方案静态前馈补偿控制方案1010第10页，本讲稿共76页3.1.2 前馈控制的组合应用前馈控制的组合应用前馈控制的应用限制前馈控制的应用限制前馈控制的应用限制前馈控制的应用限制a.a.不能检验控制效果，无对控制偏差作进一步调整的能不能检验控制效果，无对控制偏差作进一步调整的能不能检验
10、控制效果，无对控制偏差作进一步调整的能不能检验控制效果，无对控制偏差作进一步调整的能力力力力b.b.系统存在多个干扰，无法对每个干扰配置一个前馈控制系统存在多个干扰，无法对每个干扰配置一个前馈控制系统存在多个干扰，无法对每个干扰配置一个前馈控制系统存在多个干扰，无法对每个干扰配置一个前馈控制c.c.由于补偿模型的准确性问题，实际的前馈控制无由于补偿模型的准确性问题，实际的前馈控制无法做到全补偿。法做到全补偿。结论：结论：结论：结论：实际工业控制中，前馈控制不能单独使用，需要实际工业控制中，前馈控制不能单独使用，需要与其他控制方案结合应用。其在组合方案中起到与其他控制方案结合应用。其在组合方案中
11、起到前馈补偿功能。前馈补偿功能。1111第11页，本讲稿共76页1 1）前馈）前馈）前馈）前馈-反馈控制反馈控制反馈控制反馈控制a.a.前馈、反馈控制特性比较前馈、反馈控制特性比较前馈、反馈控制特性比较前馈、反馈控制特性比较结论：前馈与反馈控制特性能够在一定程度上互补结论：前馈与反馈控制特性能够在一定程度上互补1212第12页，本讲稿共76页b.控制原理控制原理数学描述数学描述方框图方框图控制方案图控制方案图1313第13页，本讲稿共76页前馈补偿功能：前馈补偿功能：全补偿条件全补偿条件(前馈控制器控制规律）：前馈控制器控制规律）：与单纯前馈控制具有相同的补偿能力与单纯前馈控制具有相同的补偿能
12、力数学描述式：数学描述式：1414第14页，本讲稿共76页c.前馈前馈-反馈控制优点反馈控制优点n n具有前馈控制与反馈控制的双重优点具有前馈控制与反馈控制的双重优点n n由于加入了反馈控制，降低了对前馈控制模型的要求，且由于加入了反馈控制，降低了对前馈控制模型的要求，且由于加入了反馈控制，降低了对前馈控制模型的要求，且由于加入了反馈控制，降低了对前馈控制模型的要求，且具有克服其他扰动干扰的能力具有克服其他扰动干扰的能力具有克服其他扰动干扰的能力具有克服其他扰动干扰的能力n n由于前馈控制对主要干扰作了及时控制，大大减轻了反由于前馈控制对主要干扰作了及时控制，大大减轻了反由于前馈控制对主要干扰
13、作了及时控制，大大减轻了反由于前馈控制对主要干扰作了及时控制，大大减轻了反馈控制的负担馈控制的负担馈控制的负担馈控制的负担1515第15页，本讲稿共76页注意事项注意事项前馈反馈与串级控制的区别前馈反馈与串级控制的区别前馈反馈与串级控制的区别前馈反馈与串级控制的区别串级控制串级控制串级控制串级控制两个闭环控制两个闭环控制两个闭环控制两个闭环控制前馈前馈前馈前馈-反馈控制反馈控制反馈控制反馈控制一个闭环，一个开环控制一个闭环，一个开环控制一个闭环，一个开环控制一个闭环，一个开环控制1616第16页，本讲稿共76页2 2）前馈）前馈）前馈）前馈-串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统 前
14、馈控制与串级控制结合构成的一种控制方案。前馈控制与串级控制结合构成的一种控制方案。前馈控制与串级控制结合构成的一种控制方案。前馈控制与串级控制结合构成的一种控制方案。a.a.构成例：构成例：构成例：构成例：注意前馈量加入点：注意前馈量加入点：前馈控制信号与主控制器信号叠加后作为前馈控制信号与主控制器信号叠加后作为串级副控制器的给定信号。串级副控制器的给定信号。1717第17页，本讲稿共76页b.b.前馈控制器控制规律前馈控制器控制规律l l其中其中GP2是等效副环传递函数是等效副环传递函数l l 传递函数：传递函数：1818第18页，本讲稿共76页l l由传递函数由传递函数l l根据不变性原理
15、得控制律根据不变性原理得控制律1919第19页，本讲稿共76页3）前馈控制规律实现）前馈控制规律实现 由于工程对象的准确的传递函数不易获得，工程上由于工程对象的准确的传递函数不易获得，工程上一般用一阶或者二阶滞后环节来近似实际对象的一般用一阶或者二阶滞后环节来近似实际对象的传递函数。并由此获得前馈补偿器的数学模型。传递函数。并由此获得前馈补偿器的数学模型。例如：例如：设定干扰通道与控制通道特性：设定干扰通道与控制通道特性：则有控制规律：则有控制规律：2020第20页，本讲稿共76页3.1.3 前馈控制系统应用前馈控制系统应用1 1）应用场合）应用场合）应用场合）应用场合 系统滞后或容量滞后较大
16、，反馈控制系统难以满系统滞后或容量滞后较大，反馈控制系统难以满足工艺控制要求场合足工艺控制要求场合 系统中存在可测而不可控的强烈干扰影响的场合系统中存在可测而不可控的强烈干扰影响的场合系统中存在可测而不可控的强烈干扰影响的场合系统中存在可测而不可控的强烈干扰影响的场合 干扰对被控变量存在显著影响，反馈控制难以克服的干扰对被控变量存在显著影响，反馈控制难以克服的干扰对被控变量存在显著影响，反馈控制难以克服的干扰对被控变量存在显著影响，反馈控制难以克服的场合场合场合场合 工艺要求按照某一给定数学模型实施控制的场合工艺要求按照某一给定数学模型实施控制的场合2 2）注意：）注意：）注意：）注意：前馈控
17、制主要应用于对主要干扰的补偿控制前馈控制主要应用于对主要干扰的补偿控制前馈控制主要应用于对主要干扰的补偿控制前馈控制主要应用于对主要干扰的补偿控制2121第21页，本讲稿共76页应用例应用例应用例应用例1 1：精馏塔塔釜温度控制（滞后较大）：精馏塔塔釜温度控制（滞后较大）：精馏塔塔釜温度控制（滞后较大）：精馏塔塔釜温度控制（滞后较大）引入前馈控制理由：引入前馈控制理由：精馏塔进料流量及温精馏塔进料流量及温度对塔釜温度的影响度对塔釜温度的影响具有较大的时间滞后，具有较大的时间滞后，反馈控制难以满足工反馈控制难以满足工艺控制指标要求艺控制指标要求2222第22页，本讲稿共76页应用例应用例应用例应
18、用例2 2：锅炉水位控制（可测不可控参数）：锅炉水位控制（可测不可控参数）：锅炉水位控制（可测不可控参数）：锅炉水位控制（可测不可控参数）应用前馈控制理由：应用前馈控制理由：l l锅炉蒸汽流量由后续工锅炉蒸汽流量由后续工段用量决定，不允许在段用量决定，不允许在锅炉出口处实施控制。锅炉出口处实施控制。l l干扰直接进入主环，易干扰直接进入主环，易于引起虚假水位，且克于引起虚假水位，且克服能力有限。服能力有限。因此，考虑增加前馈控制。因此，考虑增加前馈控制。注意：注意：注意：注意：此处蒸气流量是根据工艺过程而确定为前馈变量此处蒸气流量是根据工艺过程而确定为前馈变量此处蒸气流量是根据工艺过程而确定为
19、前馈变量此处蒸气流量是根据工艺过程而确定为前馈变量2323第23页，本讲稿共76页应用例应用例应用例应用例3 3：加热炉出口温度控制（干扰影响大）：加热炉出口温度控制（干扰影响大）：加热炉出口温度控制（干扰影响大）：加热炉出口温度控制（干扰影响大）应用前馈控制理由：应用前馈控制理由：l l进入加热炉的原油流量波动较大，且直接对出口进入加热炉的原油流量波动较大，且直接对出口原油温度产生较大影响。原油温度产生较大影响。l l施加前馈控制之前，对原油流量干扰的控制相当施加前馈控制之前，对原油流量干扰的控制相当于单回路反馈控制，控制的及时性和力度较弱。于单回路反馈控制，控制的及时性和力度较弱。2424
20、第24页，本讲稿共76页分析举例：图示加热炉的（分析举例：图示加热炉的（a）、（）、（b）两种控制方案。）两种控制方案。要求：要求：1）说明二控制方案属何种控制？分别画出二控）说明二控制方案属何种控制？分别画出二控 制方案的控制方框图。制方案的控制方框图。2）分别指出二系统中可能的主要干扰）分别指出二系统中可能的主要干扰 3）试比较两种控制方案的特点。）试比较两种控制方案的特点。2525第25页，本讲稿共76页1）控制方案：）控制方案：a)前馈前馈-反馈控制，反馈控制，b)串级控制串级控制2）方框图（略）方框图（略）3）主要干扰：）主要干扰：a）燃料流量波动，）燃料流量波动，b）原料流量波动）
21、原料流量波动4）特点：）特点：l l串级控制方案，引入燃料流量作为副变量，能迅速克串级控制方案，引入燃料流量作为副变量，能迅速克串级控制方案，引入燃料流量作为副变量，能迅速克串级控制方案，引入燃料流量作为副变量，能迅速克服燃料的流量波动对主变量的影响；服燃料的流量波动对主变量的影响；服燃料的流量波动对主变量的影响；服燃料的流量波动对主变量的影响；对于原料引入的干扰控制不及时。对于原料引入的干扰控制不及时。对于原料引入的干扰控制不及时。对于原料引入的干扰控制不及时。l l前馈控制方案，引入原料流量作为前馈量，对原料波动前馈控制方案，引入原料流量作为前馈量，对原料波动前馈控制方案，引入原料流量作为
22、前馈量，对原料波动前馈控制方案，引入原料流量作为前馈量，对原料波动能及时通过调节燃料供给量给予补偿；能及时通过调节燃料供给量给予补偿；能及时通过调节燃料供给量给予补偿；能及时通过调节燃料供给量给予补偿；系统综合了前馈控制及时克服主要干扰和反馈控制能系统综合了前馈控制及时克服主要干扰和反馈控制能系统综合了前馈控制及时克服主要干扰和反馈控制能系统综合了前馈控制及时克服主要干扰和反馈控制能克服多种干扰的优点。但是，对于原料流量波动以外克服多种干扰的优点。但是，对于原料流量波动以外克服多种干扰的优点。但是，对于原料流量波动以外克服多种干扰的优点。但是，对于原料流量波动以外的干扰，控制系统呈现单回路控制
23、特性。的干扰，控制系统呈现单回路控制特性。的干扰，控制系统呈现单回路控制特性。的干扰，控制系统呈现单回路控制特性。2626第26页，本讲稿共76页作业：作业：作业：作业：如图反应器控制系统，通过如图反应器控制系统，通过如图反应器控制系统，通过如图反应器控制系统，通过实际测试，已知由于反应物料温实际测试，已知由于反应物料温实际测试，已知由于反应物料温实际测试，已知由于反应物料温度和冷却水温度波动较大，图示度和冷却水温度波动较大，图示度和冷却水温度波动较大，图示度和冷却水温度波动较大，图示系统无法满足控制要求，系统无法满足控制要求，系统无法满足控制要求，系统无法满足控制要求，请修改控制方案使之满足
24、控请修改控制方案使之满足控请修改控制方案使之满足控请修改控制方案使之满足控制要求，画出控制系统流程图，制要求，画出控制系统流程图，制要求，画出控制系统流程图，制要求，画出控制系统流程图，说明控制系统名称；说明控制系统名称；说明控制系统名称；说明控制系统名称；结合反应器的控制操作说结合反应器的控制操作说明你设计系统的控制原理。明你设计系统的控制原理。2727第27页，本讲稿共76页某前馈某前馈串级系统如图所示，经实验测定各环节特性串级系统如图所示，经实验测定各环节特性如下：如下：计算前馈控制器的数学模型。计算前馈控制器的数学模型。2828第28页，本讲稿共76页3.2 比值控制系统比值控制系统3
25、.2.1 概述概述1）比值控制：实现两个或两个以上的流量参数按一定）比值控制：实现两个或两个以上的流量参数按一定的比例关系变化的控制。的比例关系变化的控制。2）比值控制主要应用领域：）比值控制主要应用领域：物理过程物料流量控制物理过程物料流量控制物理过程物料流量控制物理过程物料流量控制化学过程物料流量控制化学过程物料流量控制2929第29页，本讲稿共76页比值控制原理图比值控制原理图比值控制原理图比值控制原理图3）基本属性）基本属性属于属于开环（前馈）控制开环（前馈）控制存在一个主动物流（主物存在一个主动物流（主物流，流，Q1），一般取生产中），一般取生产中的主要物料、不可控物料、的主要物料、
26、不可控物料、以及贵重物料作为主物流。以及贵重物料作为主物流。至少一个从动物流（副物至少一个从动物流（副物流，流，Q2），副物流按规定），副物流按规定的比例关系随主物流变动的比例关系随主物流变动而变动而变动属于随动控制属于随动控制k3030第30页，本讲稿共76页4）比值关系描述）比值关系描述Q2 从动（副）物流从动（副）物流Q1 主动（主）物流主动（主）物流 k：工艺要求的二物流比例工艺要求的二物流比例（非仪表参数）（非仪表参数）k设计任务：选择控制方案、仪表类型及参数实现设计任务：选择控制方案、仪表类型及参数实现 比值控制。比值控制。3131第31页，本讲稿共76页3.2.2 比值控制系统构
27、成类型比值控制系统构成类型 开环比值控制开环比值控制 单闭环比值控制单闭环比值控制 双闭环比值控制双闭环比值控制 串级比值控制串级比值控制 定比值控制定比值控制 变比值控制变比值控制l l分类分类1：l l分类分类2：3232第32页，本讲稿共76页1 1）开环比值控制系统）开环比值控制系统）开环比值控制系统）开环比值控制系统l l特点：特点：特点：特点：a.a.结构简单，占用设备及耗资较少结构简单，占用设备及耗资较少结构简单，占用设备及耗资较少结构简单，占用设备及耗资较少;b.b.对由副物流引入的干扰无克服能力对由副物流引入的干扰无克服能力对由副物流引入的干扰无克服能力对由副物流引入的干扰无
28、克服能力,比值关系不能保证比值关系不能保证比值关系不能保证比值关系不能保证;c.c.主物流的干扰将引起总流量波动主物流的干扰将引起总流量波动主物流的干扰将引起总流量波动主物流的干扰将引起总流量波动,不能保证总流量稳定不能保证总流量稳定不能保证总流量稳定不能保证总流量稳定;应用场合：应用场合：应用场合：应用场合：副流量工作平稳，控制质量要求不高的场合。副流量工作平稳，控制质量要求不高的场合。副流量工作平稳，控制质量要求不高的场合。副流量工作平稳，控制质量要求不高的场合。l l开环比值控制方框图开环比值控制方框图l l原理图原理图原理图原理图3333第33页，本讲稿共76页例：例：例：例：NaOH
29、NaOH稀释工艺比值控制稀释工艺比值控制稀释工艺比值控制稀释工艺比值控制工艺要求：工艺要求：30%NaOH加水稀释生加水稀释生产产68%的的NaOH主物流：主物流：30%NaOH副物流：副物流：H2O3434第34页，本讲稿共76页2)单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统l l单闭环比值控制方框图单闭环比值控制方框图l l构成：构成：副流量控制中引入反馈控制副流量控制中引入反馈控制机制。机制。原理图：原理图：原理图：原理图：3535第35页，本讲稿共76页单闭环比值控制特点：单闭环比值控制特点：应用最广泛的比值控制系统应用最广泛的比值控制系统对副物流干扰有控制能力，对副物流干扰有控制能力，可以
30、保证二物流的比值关系可以保证二物流的比值关系单闭环属于随动控制单闭环属于随动控制对来自主物流的干扰无克服对来自主物流的干扰无克服能力，不能保证总流量稳定能力，不能保证总流量稳定方案简单，易于实施。方案简单，易于实施。要注意与串级控制的区别要注意与串级控制的区别3636第36页，本讲稿共76页例：例：例：例：NaOHNaOH稀释工艺比值控制稀释工艺比值控制稀释工艺比值控制稀释工艺比值控制方框图方框图方框图方框图3737第37页，本讲稿共76页3)3)双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统l l构成：构成：构成：构成：主物流流路增加一个闭环控制回路主物流流路增加一
31、个闭环控制回路主物流流路增加一个闭环控制回路主物流流路增加一个闭环控制回路稳定主物流流量稳定主物流流量稳定主物流流量稳定主物流流量 l l双闭环比值控制方框图双闭环比值控制方框图双闭环比值控制方框图双闭环比值控制方框图l l原理图原理图原理图原理图3838第38页，本讲稿共76页双闭环比值控制系统构成特点：双闭环比值控制系统构成特点：双闭环比值控制系统构成特点：双闭环比值控制系统构成特点：n n主、副物流各有一个闭环控制回路保证其流体稳定流动主、副物流各有一个闭环控制回路保证其流体稳定流动主、副物流各有一个闭环控制回路保证其流体稳定流动主、副物流各有一个闭环控制回路保证其流体稳定流动n n主物
32、流主物流主物流主物流测变信号测变信号测变信号测变信号经比值计算后作为副物流控制器的给定值经比值计算后作为副物流控制器的给定值经比值计算后作为副物流控制器的给定值经比值计算后作为副物流控制器的给定值n n比值部分属于开环比值部分属于开环比值部分属于开环比值部分属于开环3939第39页，本讲稿共76页双闭环比值控制系统操作特点双闭环比值控制系统操作特点 克服了主物流干扰影响，保证了克服了主物流干扰影响，保证了克服了主物流干扰影响，保证了克服了主物流干扰影响，保证了总流量稳定。总流量稳定。总流量稳定。总流量稳定。有利于对物流量实施平稳的提、有利于对物流量实施平稳的提、有利于对物流量实施平稳的提、有利
33、于对物流量实施平稳的提、降操作。降操作。降操作。降操作。（缓慢调节主控制器给定值）（缓慢调节主控制器给定值）（缓慢调节主控制器给定值）（缓慢调节主控制器给定值）投资高，维护量大，动态比值投资高，维护量大，动态比值投资高，维护量大，动态比值投资高，维护量大，动态比值要求不高时可考虑应用两个单要求不高时可考虑应用两个单要求不高时可考虑应用两个单要求不高时可考虑应用两个单闭环控制回路代替双闭环比值闭环控制回路代替双闭环比值闭环控制回路代替双闭环比值闭环控制回路代替双闭环比值控制。控制。控制。控制。注意：此时总流量调整操作应同注意：此时总流量调整操作应同注意：此时总流量调整操作应同注意：此时总流量调整
34、操作应同时对两个控制器进行操作时对两个控制器进行操作时对两个控制器进行操作时对两个控制器进行操作 应注意防止双闭环产生共振应注意防止双闭环产生共振应注意防止双闭环产生共振应注意防止双闭环产生共振4040第40页，本讲稿共76页双闭环比值控制例双闭环比值控制例4141第41页，本讲稿共76页4）变比值控制系统）变比值控制系统 定比值控制方案只能克定比值控制方案只能克定比值控制方案只能克定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响，服流量干扰对比值的影响，服流量干扰对比值的影响，服流量干扰对比值的影响，当其他参数存在对比值系数当其他参数存在对比值系数当其他参数存在对比值系数当其他参数存在对比值系数的
35、扰动时，必须时时修正比的扰动时，必须时时修正比的扰动时，必须时时修正比的扰动时，必须时时修正比值参数，变比值控制。值参数，变比值控制。值参数，变比值控制。值参数，变比值控制。l l变比值控制系统方框图变比值控制系统方框图变比值控制系统方框图变比值控制系统方框图l l原理图原理图原理图原理图4242第42页，本讲稿共76页变比值控制特点变比值控制特点变比值控制特点变比值控制特点是以某参数为主变量，以二流量比值为副参数的串级控制是以某参数为主变量，以二流量比值为副参数的串级控制是以某参数为主变量，以二流量比值为副参数的串级控制是以某参数为主变量，以二流量比值为副参数的串级控制可随工艺条件修正比值系
36、数，具有一定的自适应能力可随工艺条件修正比值系数，具有一定的自适应能力可随工艺条件修正比值系数，具有一定的自适应能力可随工艺条件修正比值系数，具有一定的自适应能力主参数稳定，比值部分特性同定比值控制。主参数稳定，比值部分特性同定比值控制。主参数稳定，比值部分特性同定比值控制。主参数稳定，比值部分特性同定比值控制。主参数波动场合，比值部分特性同随动控制。主参数波动场合，比值部分特性同随动控制。主参数波动场合，比值部分特性同随动控制。主参数波动场合，比值部分特性同随动控制。4343第43页，本讲稿共76页变比值控制应用例变比值控制应用例变比值控制应用例变比值控制应用例uu主控制器：主控制器：主控制
37、器：主控制器：温度控制器温度控制器温度控制器温度控制器(TC)(TC)uu主控输出信号主控输出信号主控输出信号主控输出信号 二物流比值关系给定信号二物流比值关系给定信号二物流比值关系给定信号二物流比值关系给定信号uu副控制器副控制器副控制器副控制器 流量控制器流量控制器流量控制器流量控制器(FC)(FC)uu副控输入信号副控输入信号副控输入信号副控输入信号 二物流实际流量比值关系信号二物流实际流量比值关系信号二物流实际流量比值关系信号二物流实际流量比值关系信号4444第44页，本讲稿共76页5 5 5 5）串级与比值组合控制系统）串级与比值组合控制系统）串级与比值组合控制系统）串级与比值组合控
38、制系统特点：特点：特点：特点：二流量的比值不随其他因素而二流量的比值不随其他因素而二流量的比值不随其他因素而二流量的比值不随其他因素而变化，比值控制部分属定比值变化，比值控制部分属定比值变化，比值控制部分属定比值变化，比值控制部分属定比值控制控制控制控制主物流控制器的给定值依据主物流控制器的给定值依据主物流控制器的给定值依据主物流控制器的给定值依据第三个参数的变化而变化，第三个参数的变化而变化，第三个参数的变化而变化，第三个参数的变化而变化，比值控制部分属随动控制比值控制部分属随动控制比值控制部分属随动控制比值控制部分属随动控制动态过程有控制滞后，能产动态过程有控制滞后，能产动态过程有控制滞后
39、，能产动态过程有控制滞后，能产生比例关系波动。生比例关系波动。生比例关系波动。生比例关系波动。原理图原理图控制目的：控制目的：控制目的：控制目的：在保持二流量混合比的前提下改变总流量。在保持二流量混合比的前提下改变总流量。在保持二流量混合比的前提下改变总流量。在保持二流量混合比的前提下改变总流量。4545第45页，本讲稿共76页方框图方框图4646第46页，本讲稿共76页 修改方案修改方案修改方案修改方案特点：特点：第三方参数直接送给两个闭环调节器，可以减小原方第三方参数直接送给两个闭环调节器，可以减小原方案的动态滞后，但是不能保证案的动态滞后，但是不能保证Q2对对Q1的静态比值。的静态比值。
40、4747第47页，本讲稿共76页注意串级与比值控制结合的区别注意串级与比值控制结合的区别串级比值控制串级比值控制串级比值控制串级比值控制变比值控制变比值控制变比值控制变比值控制4848第48页，本讲稿共76页3.2.3 比值控制系统的实施比值控制系统的实施主要内容：主要内容：1）比值系数计算）比值系数计算 流量比值与设设置于仪表的比值是两个不同概念，他们都是无量纲系数，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是设置比值函数模块或比值控制器中的函数。2）比值控制实现方法）比值控制实现方法4949第49页，本讲稿共76页1 1）
41、比值系数计算）比值系数计算）比值系数计算）比值系数计算关键问题：关键问题：确定比值计算器的比值系数确定比值计算器的比值系数K定义：定义：k：工艺要求二物流流量比：工艺要求二物流流量比 k=Q2 /Q1 K：仪表设定比值系数（：仪表设定比值系数（k的标的标准信号值）准信号值）设定：设定：流量由流量由0上升到最大值上升到最大值Qmax，对应变送器输出信号由相应的对应变送器输出信号由相应的标准信号最小值变到最大值。标准信号最小值变到最大值。5050第50页，本讲稿共76页信号关系式信号关系式信号关系式信号关系式根据原理图：根据原理图：比值计算单元：比值计算单元：IK=KI1 稳态时存在关系：稳态时存
42、在关系：IK=I2则有比值系数表达式：则有比值系数表达式：注意注意:符号符号Ii代表信号变化代表信号变化值值5151第51页，本讲稿共76页DDZ-DDZ-型仪表比值系数计算型仪表比值系数计算型仪表比值系数计算型仪表比值系数计算(标准信号：标准信号：标准信号：标准信号：420mA)420mA)a.a.线性测量关系：线性测量关系：线性测量关系：线性测量关系：I IQ Q (转子流量计、涡轮流量计，应用开方器的差压流量计转子流量计、涡轮流量计，应用开方器的差压流量计转子流量计、涡轮流量计，应用开方器的差压流量计转子流量计、涡轮流量计，应用开方器的差压流量计)则根据比值系数则根据比值系数则根据比值系
43、数则根据比值系数K K表达式有：表达式有：表达式有：表达式有：(注意注意注意注意:符号符号符号符号I I代表信号变化值代表信号变化值代表信号变化值代表信号变化值)流量与信号关系式：流量与信号关系式：流量与信号关系式：流量与信号关系式：比值系数表达式：比值系数表达式：比值系数表达式：比值系数表达式：这里的4表示流量为0时，信号输出为4mA5252第52页，本讲稿共76页DDZ-型仪表比值系数计算型仪表比值系数计算b.b.非线性测量关系非线性测量关系非线性测量关系非线性测量关系:I I p p (差压流量计（无开方器）差压流量计（无开方器）差压流量计（无开方器）差压流量计（无开方器）)5353第5
44、3页，本讲稿共76页其他标准仪表比值系数计算其他标准仪表比值系数计算l lDDZ-型电动单元组合仪表型电动单元组合仪表标准信号：标准信号：0 10mA线性测量：线性测量：非线性测量非线性测量5454第54页，本讲稿共76页l lQDZ型气动单元组合仪表型气动单元组合仪表标准信号：标准信号：标准信号：标准信号：20100kPa20100kPa线性测量线性测量线性测量线性测量非线性测量非线性测量非线性测量非线性测量5555第55页，本讲稿共76页比值系数计算说明比值系数计算说明a.a.流量比流量比k与比值系数与比值系数K不是同一概念，应注意区不是同一概念，应注意区分。分。b.b.比值系数比值系数K
45、仅与工艺要求的流量比及选用仪表仅与工艺要求的流量比及选用仪表量程有关，与负荷及仪表种类无关。量程有关，与负荷及仪表种类无关。c.c.检测方法的线性或非线性关系直接影响比值系检测方法的线性或非线性关系直接影响比值系数的计算数的计算5656第56页，本讲稿共76页2 2）比值控制实现方法）比值控制实现方法）比值控制实现方法）比值控制实现方法比值系数：比值系数：主要实现方法：主要实现方法：利用比值器方法利用比值器方法 利用乘法器方法利用乘法器方法 利用除法器方法利用除法器方法5757第57页，本讲稿共76页 利用比值器方案利用比值器方案n n基本方案基本方案n n特点：特点：a.a.简单、仪表少、成
46、本低简单、仪表少、成本低b.b.性能稳定，精度、灵敏度性能稳定，精度、灵敏度较高较高c.c.比值系数设定范围大比值系数设定范围大 比值器种类比值器种类 系数测定范围系数测定范围 气动气动 0.254 DDZ-0.033 DDZ-0.34d.d.不能远程调整比值系数，不能远程调整比值系数，不能构成变比值控制系统不能构成变比值控制系统l l关键问题关键问题 确定比值器设定数值确定比值器设定数值确定比值器设定数值确定比值器设定数值5858第58页，本讲稿共76页例：氨气与水的比值控制例：氨气与水的比值控制例：氨气与水的比值控制例：氨气与水的比值控制工艺条件工艺条件工艺条件工艺条件主动物流：氨气，主动
47、物流：氨气，主动物流：氨气，主动物流：氨气，2000m2000m3 3/h/h从动物流：水，从动物流：水，从动物流：水，从动物流：水，4m4m3 3/h/h氨气流量表：氨气流量表：氨气流量表：氨气流量表：3200m3200m3 3/h/h水表：水表：水表：水表：6.3m6.3m3 3/h/h请计算比值器比值设定系数请计算比值器比值设定系数请计算比值器比值设定系数请计算比值器比值设定系数Q Q1 1：氨气：氨气：氨气：氨气Q Q2 2：水水水水5959第59页，本讲稿共76页乘法器方案乘法器方案乘法器方案乘法器方案l l关键问题：确定乘法器的乘法因子关键问题：确定乘法器的乘法因子关键问题：确定乘
48、法器的乘法因子关键问题：确定乘法器的乘法因子I I0 0 I I0 0就确定了比例系数，可以通过就确定了比例系数，可以通过就确定了比例系数，可以通过就确定了比例系数，可以通过I I0 0调整调整调整调整k kDDZ-DDZ-乘法器：乘法器：乘法器：乘法器：乘法表达式：乘法表达式：乘法表达式：乘法表达式：根据比值系数概念有：根据比值系数概念有：根据比值系数概念有：根据比值系数概念有：l l乘法因子（乘法因子（乘法因子（乘法因子（I I0 0）表达式：）表达式：）表达式：）表达式：l l原理图：原理图：原理图：原理图：6060第60页，本讲稿共76页 乘法器实现比值控制方框图乘法器实现比值控制方框
49、图乘法器实现比值控制方框图乘法器实现比值控制方框图l l特点：特点：特点：特点：a.a.比值系数由外部信号设定比值系数由外部信号设定比值系数由外部信号设定比值系数由外部信号设定b.b.比值系数可以远距离操作，便于构成变比值控制比值系数可以远距离操作，便于构成变比值控制比值系数可以远距离操作，便于构成变比值控制比值系数可以远距离操作，便于构成变比值控制c.c.比值系数比值系数比值系数比值系数KK变化范围：变化范围：变化范围：变化范围：0 1 0 1 之间之间之间之间 理由：标准信号。理由：标准信号。理由：标准信号。理由：标准信号。KK表达式：表达式：表达式：表达式：d.d.结构复杂，保养工作量大
50、。结构复杂，保养工作量大。结构复杂，保养工作量大。结构复杂，保养工作量大。6161第61页，本讲稿共76页除法器方案除法器方案除法器方案除法器方案a.a.原理图原理图原理图原理图b.b.要点：要点：要点：要点：l l是以二流量的比值为被控变量的是以二流量的比值为被控变量的单回路控制系统单回路控制系统l l关键步骤：确定给定信号关键步骤：确定给定信号关键步骤：确定给定信号关键步骤：确定给定信号IsIsc.除法器算式除法器算式(DDZ-DDZ-型仪表型仪表型仪表型仪表)控制器给定信号（稳态时控制器偏差（控制器给定信号（稳态时控制器偏差（控制器给定信号（稳态时控制器偏差（控制器给定信号（稳态时控制器