16 4-4 比值控制系统.pptx

第1页：比值控制系统的应用背景

4.比值控制系统

• 在许多工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常运行，影响产品质量，甚至发生生产事故。
• 例如，在燃烧过程中，为了保证其燃烧的经济性，防止大气污染，需要自动保持燃料量与空气量按一定比例混合后送入炉膛；
• 在制药生产过程中，为增强药效，需要对某种成分的药物加注入剂，生产工艺要求药物和注入剂混合后的含量，必须符合规定的比例；

第2页：主物料与从物料

在造纸的生产过程中，为了保证纸浆的浓度，必须自动控制纸浆量和水量按一定的比例混合。所以，严格控制其比例，对于优质安全生产来说是十分重要的。凡是两个或多个参数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在需要保持比例关系的两种物料中，往往其中一种物料处于主导地位，称为主物料或主动量q1，而另一种物料按主物料进行配比，在控制过程中跟随主物料变化而变化，称为从物料或从动量q2。

第3页：比值系数与工艺目的

将主物料称为主流量，而从物料称为副流量，其比值用K表示：K=q1/q2保持两种物料间成一定的(变或不变)比例关系，往往仅是生产过程全部工艺要求的一部分，甚至不是工艺要求中的主要部分，即有时仅仅只是一种控制手段，而不是最终目的。例如，在燃烧过程中，燃料与空气比例虽很重要，但控制的最终目的却是温度等量。

第4页：单闭环比值控制

4.1常用的比值控制方案1．单闭环比值控制单闭环比值控制将主动量比例量值经比例器乘一比例系数后，作为从动量调节器的给定值，因此从动量能依照一定的比例关系跟随主动量而变化，即随动系统过程：检测比值器闭环随动系统

第5页：比值控制在炉温系统中的应用

例：控制的炉温控制系统被控炉温燃料空气在炉温单回路控制基础上，增加了燃料与空气比值控制，能使燃烧更充分，即节约能源又改善环境污染。

第6页：双闭环比值控制

双闭环比值控制双闭环比值控制

• 它是由一个定值控制的主动量回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成。主动量控制回路能克服主动量扰动，实现其定值控制。
• 从动量控制回路能克服作用于从动量回路中的扰动，实现随动控制。当扰动消除后，主、从动量都回复到原设定值上，其比值不变。

第7页：双闭环比值控制的优缺点

双闭环比值控制能实现主动量的抗扰动、定值控制，使主、从动量均比较稳定，从而使总物料量也比较平稳，这样，系统总负荷也将是稳定的。

• 双闭环比值控制的另一优点是升降负荷比较方便，只需缓慢改变主动量控制器的给定值，这样从动量自动跟踪升降，并保持原来比值不变。
• 不过双闭环比值控制方案所用设备较多、投资较高，而且投运比较麻烦。

第8页：含双闭环比值的串级控制系统

双闭环比值控制的主动量回路作为整个串级控制系统(如燃烧控制系统)的一部分，在保证炉温控制的前提下，可保证燃料与空气的动态比值关系。15含双闭环比值控制的串级控制系统

第9页：共振现象

当主动量采用定值控制后，由于调节作用，其变化的幅值肯定会大大减少，但变化的频率往往会加快，从而通过比值器使从动量控制器的给定值处于不断变化中。当它的变化频率与从动量控制回路的工作频率接近时，有可能引起共振。共振现象

第10页：变比值控制

变比值控制

• 单闭环比值控制和双闭环比值控制是实现两种物料流量间的定值控制，在系统运行过程中其比值系数希望(并设定)是不变的。在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值，随第三个参数的需要而变化。
• 为了满足上述生产工艺要求，开发了采用除法器构成的变比值控制，这实际上是一个以某种质量指标Y1：(常称为第三参数或主参数)为主变量，而以两个流量比为副变量的串级控制系统。

第11页：变比值控制框图

变比值控制框图

变比值框图，标出第三参数、主动量、从动量与比值控制器的联接关系。

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第12页：变比值控制的工作原理

系统在稳态时，主、从动量恒定，分别经测量变送器后送至除法器，其输出即为两物料间的比值并作为比值控制器Wc2(s)的测量反馈信号。此时主参数Yl(s)也恒定。所以主控制器Wc1(s)输出信号X2(s)稳定，且与比值测量值相等，即X2(s)＝Z2(s)，比值控制器Wc2(s)输出稳定，控制阀处于某一开度，产品质量合格。

• 当Q1、Q2出现扰动时，通过比值控制回路，保证比值一定，从而不影响(扰动幅值不大时)或大大减小扰动对产品质量的影响。19工作原理

第13页：扰动下比值的修正

对于某些物料流量(如气体等)，当出现扰动如温度、压力、成分等变化时，虽然它们的流量比值不变，但由于真实流量(在新的压力、温度或新的成分下)与原来流量不同，将影响产品的质量指标，Yl(s)便偏离设定值。此时主控制器Wc1(s)起作用，使其输出Yl(s)产生变化，从而修正了比值控制器Wc2(s)的给定值，即修正了比值，使系统在新的比值上重新稳定。

第14页：主从动量的确定原则

4.2比值控制系统的设计与整定1．主、从动量的确定设计比值控制系统时，需要先确定主、从动量。其原则是：在生产过程中起主导作用或可测但不可控、且较昂贵的物料流量一般为主动量，其余的物料流量以它为准进行配比，为从动量。当然，当生产工艺有特殊要求时，主、从动量的确定应服从工艺需要。

第15页：控制方案与控制规律的选择

控制方案的选择比值控制有多种控制方案，在具体选用时应分析各种方案的特点，根据不同的工艺情况、负荷变化、扰动性质、控制要求等进行合理选择。3.调节器控制规律的确定要根据不同控制方案和控制要求而确定。例如，单闭环控制的从动回路调节器选用PI控制规律，因为它将起比值控制和稳定从动量的作用；双闭环控制的主、从动回路调节器均选用PI控制规律，因为它不仅要起比值控制作用，而且要起稳定各自的物料流量的作用；变比值控制可仿效串级调节器控制规律的选用原则。

第16页：流量计与变送器的选用

正确选用流量计与变送器

• 流量测量与变送是实现比值控制的基础，必须正确选用。
• 用差压流量计测量气体流量时，若环境温度和压力发生变化，其流量测量值将发生变化。
• 所以对于温度、压力变化较大，控制质量要求较高的场合，必须引入温度、压力补偿装置，对其进行补偿，以获得精确的流量测量信号。

第17页：比值控制方案的实施与系数计算

比值控制方案的实施实施比值控制方案基本上有相乘方案和相除方案两大类。在工程上可采用比值器、乘法器和除法器等仪表来完成两个流量的配比问题。在计算机控制系统中，则可以通过简单的乘、除运算来实现。6.比值系数的计算设计比值控制系统时，比值系数计算是一个十分重要的问题，当控制方案确定后，必须把两体积流量或重量之比值K折算成比值器上的比值系数K'。

第18页：比值系数的折算公式

变送器的输出信号与被测流量成线性关系KKq1maxq2max变送器的输出信号与被测流量成平方关系2max5q2q2KK1max将计算出的比值K'，设置在原比值器上，比值控制系统就能按工艺要求正常运行。

第19页：比值控制系统的参数整定

．比值控制系统的参数整定

• 比值控制系统调节器参数整定是系统设计和应用中的一个十分重要的问题。
• 对于定值控制(如双闭环比值控制中的主回路)可按单回路系统进行整定。
• 对于随动系统(如单闭环比值控制、双闭环的从动回路及变比值的变比值回路)，要求从动量能快速、正确跟随主动量变化，不宜过调，以整定在振荡与不振荡的边界为最佳。

第20页：自来水消毒的比值控制

4.3工业应用举例（自来水消毒的比值控制）

• 来自江河湖泊的水，虽然经过净化，但往往还有大量的微生物，这些微生物对人体健康是有害的。
• 因此，必须进行消毒处理。氯气是常用的消毒剂，氯气具有很强的杀菌能力，但如果用量太少，则达不到灭菌的作用，而用量太多，则会对人们饮用带来副作用，同时过多的氯气注入水中，不仅造成浪费，而且使水的气味难闻，另外对餐具会产生强烈的腐蚀作用。为了使氯气注入自来水中的量合适，必须使氯气注入量与自来水量成一定的比值关系。

第21页：自来水消毒比值控制方案

自来水消毒比值控制方案

控制方案图，给出氯气与水两路流量构成比值控制的流程示意。

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