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1、过程控制课程实验报告实验名称： 实验三 比值控制系统 姓名： 黄宋康 学号： 3100619118 班级： 自动化10-1班 实验组号： 第一组 一、实验目的1) 通过本实验，了解比值控制系统的基本结构及性能特点。2) 掌握比值控制系统的设计思想和控制器的参数整定方法。二、 实验原理比值控制系统是实现两个或两个以上物料保持一定比例关系。主物料(主动量)在要保持一定比例关系的物料中，起主导作用；从物料(从动量)随主物料的变化而成比例地变化。根据生产过程中工艺容许的负荷、干扰、产品质量等要求不同，实际采用的比值控制方案也不同。比值控制系统分为：开环比值控制系统、 单闭环比值控制系统、双闭环比值控制
2、系统和变比值控制系统等。实际生产过程中，物料按比例输入并不是最终目的，往往要对除了输入物料以外的第三参量进行控制。当第三参量随输入物料的配比不同变化时，对第三参量的控制问题，变成了调节物料配比问题，这就是变比值控制。变比值控制是一种内外环嵌套的复合控制，内环控制从物料的变化，外环控制第三参量的变化。通过第三参量的变化实现系统的变比值控制。主动量和从动量经检测、变送后送入除法器相除，除法器的输出即为它们的比值，同时又是比值控制器的测量值。系统在稳定工作状态下，主被控变量（即第三参量）稳定，主控制器的输出也稳定不变并和比值控制器信号相等，从物料量控制阀门稳定于某一开度，控制器的比值恒定。当主物料量
3、受到干扰发生波动时，除法器输出要发生改变，从物料控制系统调节从物料控制阀门开度，使从动量也发生变化，保证主物料量和从物料量比值不变。当从物料量受到干扰发生波动时，和单闭环比值控制系统及双闭环比值控制系统一样，调节从物料流量，保证主物料量和从物料量比值不变。当主被控对象（即第三参量）受到干扰引起被控发生变化时，主控制器的输出将发生变化，也就是改变了比值控制器的设定值，即改变了主、从物料的比值。比值控制系统的工程整定法（一）单闭环控制系统 从动量控制回路是跟随主动量而变化的随动系统。因此，要求反映快速、准确。故应采用PI控制方式，并将过渡过程整定成非周期临界情况，这时过渡过程既不振荡反应又快。控制
4、器参数的整定步骤可归纳如下：（1）根据工艺要求的流量比值K，求得比值系数。（2）将积分时间置于最大值，由大到小逐步改变比例度，直到在阶跃干扰下过渡过程处于振荡与不振荡的临界过程为止。（3）适当放宽比例度（一般为20%）的情况下，逐步缓慢地减小积分时间，直到出现振荡与不振荡的临界过程或稍有一点超调的情况为止。（二）双闭环比值控制系统主流量控制环实现定值控制，从流量控制环实现自身的稳定控制和对主流量变化的跟踪，从而实现主、从流量的比值恒定。因此，两闭环调节器均应选择PI控制规律，而且应使从流量控制环响应较主流量控制环快，这样从流量控制系统才有能跟上主流量的变化，保证主、从流量比值恒定。主、从控制回
5、路都应将过渡过程整定成非周期临界情况。（三）变比值控制系统 变比值控制系统，又可称为串级比值控制系统，它具有串级控制系统的一些特点，仿效串级控制系统调节器控制规律的选择原则，主调节器选择PI或PID控制规律；副调节器（即从动量调节器）可按单闭环控制系统进行整定。 三、实验内容假设系统从动量的传递函数为 以主动量为输入，主被控量（第三参量）为输出的数学模型为 以从动量为输入，主被控量（第三参量）为输出的数学模型为 设比值系数为0.5。控制系统框图如下：图1 变比值控制系统框图1) 画出该控制系统的Simulink仿真系统图。2) 整定从动量的控制器参数，并给出整定后从动闭环系统的阶跃相应曲线。3
6、) 整定主被控量控制器参数，并给出整定后主被控变量闭环系统的阶跃相应曲线。4) 设主动量输入信号为1.5并受到幅值为0.1的随机干扰；主被控量给定值为7，主被控量受到幅值为0.07的随机干扰F1；从动量受到幅值为0.08的随机干扰F2。给出该变比值控制系统的运行结果仿真图。四、实验数据（一）整定从动量控制器参数1. Simulink仿真系统图： 2、从动量纯比例控制器输出曲线：经整定，P控制器参数： P = 0.3 根据单闭环控制系统整定要求，放宽比例度20%，则选取的PI控制器参数：P = 1 / (1.2*3.3) = 0.25 3、从动量比例积分控制器输出曲线： 经整定，逐步缓慢地减小积
7、分时间，当 I = 0.018时出现振荡与不振荡的临界过程或稍有一点超调的情况，故PI控制器参数： P = 0.25， I = 0.018 4、整定后的从动量输出曲线： 稳态值：E = 2余差： C = 1最大动态偏差：A = 2.125上升时间：tp = 116调整时间：ts = 194(二) 整定主被控量控制器参数1、Simulink仿真系统图：2、主动量纯比例控制器输出曲线：经整定，P 控制器整定参数为： P =0.06，根据衰减曲线法,PI控制器参数： P = 0.05 3、主动量比例积分控制器输出曲线：经整定，PI控制器参数：Kp = 0.05， Ki= 0.0035、整定主动量后的输出曲线：系统性能参数：输入信号为 1稳态值： E = 1 最大动态偏差：A = 1.08上升时间：tp = 190调整时间：ts = 403（三）变比值控制系统1. Simulink仿真系统图：2、主动量输入信号为1.5并受到幅值为0.1的随机干扰；主被控量给定值为7，主被控量受到幅值为0.07的随机干扰F1；从动量受到幅值为0.08的随机干扰F2。该变比值控制系统的运行结果仿真图如下： 经整定，当逐渐增大阶跃干扰输入信号，主动量的扰动作用开始抵消干扰信号的作用，使系统达到平稳状态。以下是不同的阶跃干扰输入信号对系统稳定性的影响输出曲线： 8
