宋彤过程控制工程4前馈及比值控制ppt课件

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1、4. 前馈及比值控制系统前馈及比值控制系统4.1 前前馈馈控制系控制系统统 根本内容：根本内容： 1 前前馈馈控制的根本控制原理及特点控制的根本控制原理及特点 2 前前馈馈控制的控制的组组合运用合运用4.1.1 前馈控制原理及特点前馈控制原理及特点例：反响控制与前馈控制例：反响控制与前馈控制反响控制反响控制闭环控制控制前前馈控制开控制开环控制控制主要干主要干扰1 1 前前前前馈馈馈馈控制根本思想控制根本思想控制根本思想控制根本思想反响控制根据及缺乏反响控制根据及缺乏反响控制根据及缺乏反响控制根据及缺乏 根据：偏向信号，根据：偏向信号，根据：偏向信号，根据：偏向信号， 弱点：干弱点：干弱点：干弱

2、点：干扰扰扰扰影响到被控影响到被控影响到被控影响到被控变变变变量后才干量后才干量后才干量后才干实实实实施控制，具施控制，具施控制，具施控制，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。前前前前馈馈馈馈控制根本思控制根本思控制根本思控制根本思绪绪绪绪 根据根据根据根据进进进进入系入系入系入系统统统统的干的干的干的干扰扰扰扰量量量量产产产产生适宜的控制造用，使生适宜的控制造用，使生适宜的控制造用，使生适宜的控制造用，使被控被控被控被控变变变变量量量量维维维维持在持在持在持在设设设设定定定定值值值值的一种控制方法。的一种控制方法。的一种控制方法。的一种控制方法。实际实际实际实

3、际上上上上讲讲讲讲，前，前，前，前馈馈馈馈控制具有被控控制具有被控控制具有被控控制具有被控变变变变量不量不量不量不变变变变性功能。性功能。性功能。性功能。反响控制：反响控制： 前前馈控制：控制： 控制及控制及时时性性 根据干根据干扰实扰实施控制施控制 2前馈控制根本特性前馈控制根本特性 开开环环控制控制 干干扰干干扰通道通道控制通道控制通道控制信号控制信号被控被控变量量偏向偏向被控被控变量量丈量丈量变送送控制器控制器控制器控制器被控被控变量量控制通道控制通道干干扰通道通道干干扰控制信号控制信号 前前馈馈控制控制传传送函数送函数 前前馈馈控制理想控制曲控制理想控制曲线线满足被控足被控变量不量不变

4、性原理性原理控制造用曲线控制造用曲线 前前馈馈控制器控制器留意：前留意：前馈控制器不同于反响控制运用的普通控制器，控制器不同于反响控制运用的普通控制器，而是一种而是一种针对详细对象的公用控制器象的公用控制器 前前馈控制控制传送函数送函数 决决议于干于干扰通道与控通道与控制通道特性函数之比制通道特性函数之比控制控制规律：律：理想形状不理想形状不变性原理性原理a. a. 反响控制根本特征反响控制根本特征闭环闭环控制：控制：对对一切影响被控一切影响被控变变量的干量的干扰扰均具有一定均具有一定的抑制才干，具的抑制才干，具备检测备检测控制效果的才干。控制效果的才干。控制根据：被控控制根据：被控变变量偏向

5、量偏向检测检测信号：被控信号：被控变变量量不及不及时时行：存在控制的不及行：存在控制的不及时时性，不能完全消除偏性，不能完全消除偏向向控制器：可以采用普通的、控制器：可以采用普通的、普遍运用的普通控制器普遍运用的普通控制器b. b. 前前前前馈馈馈馈控制根本特性控制根本特性控制根本特性控制根本特性开开开开环环环环控制：控制：控制：控制： 仅对选仅对选仅对选仅对选定干定干定干定干扰扰扰扰具有抑制才干，具有抑制才干，具有抑制才干，具有抑制才干， 不具不具不具不具备检测备检测备检测备检测控制效果的才干。控制效果的才干。控制效果的才干。控制效果的才干。控制根据：干控制根据：干控制根据：干控制根据：干扰

6、扰扰扰量大小量大小量大小量大小检测检测检测检测信号：信号：信号：信号：扰动扰动扰动扰动量量量量及及及及时时时时性：控制及性：控制及性：控制及性：控制及时时时时。 实际实际实际实际上具有不上具有不上具有不上具有不变变变变性性性性控制器：由被控控制器：由被控控制器：由被控控制器：由被控对对对对象特性确定的象特性确定的象特性确定的象特性确定的公用控制器公用控制器公用控制器公用控制器2 前前馈馈控制系控制系统统特点特点对对比比 反响控制与前反响控制与前馈馈控制特性比控制特性比较较静静态前前馈补偿控制控制a. 特征：特征：稳态不不变性原理，不保性原理，不保证控制控制过程中程中动态偏向偏向为0控制器控制器

7、输出出仅是干是干扰量的函数，与量的函数，与时间无关无关b. 静静态前前馈补偿函数：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前馈控制主要方式前馈控制主要方式c. 静静态态前前馈补偿馈补偿函数函数获获得：得： 利用衡算式利用衡算式 物料衡算、能量衡算、物料衡算、能量衡算、动动量衡算量衡算 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量衡算忽略忽略过程的程的热量量损失失静静态前前馈补偿控制式：控制式：控制器特性控制器特性l静静态前前馈补偿控制式：控制式：l静静态前前馈补偿控制方案控制方案4.1.2 前馈控制的组合运用前馈控制的组合运用前前馈控制的运用限

8、制控制的运用限制不能不能检验控制效果，无控制效果，无对控制偏向作控制偏向作进一步伐整的一步伐整的才干才干系系统存在多个干存在多个干扰，无法，无法对每个干每个干扰配置一个前配置一个前馈控制控制由于由于补偿模型的准确性模型的准确性问题，实践的前践的前馈控制无法控制无法做到全做到全补偿。结论： 实践工践工业控制中，前控制中，前馈控制不能控制不能单独运用，需独运用，需求与其他控制方案求与其他控制方案结合运用。其在合运用。其在组合方案中合方案中起到前起到前馈补偿功能。功能。1前馈前馈-反响控制反响控制a.a.前前前前馈馈馈馈、反响控制特性比、反响控制特性比、反响控制特性比、反响控制特性比较较较较结论结论

9、：前：前：前：前馈馈与反响控制特性可以在一定程度上互与反响控制特性可以在一定程度上互与反响控制特性可以在一定程度上互与反响控制特性可以在一定程度上互补补b. 控制原理控制原理数学描画数学描画数学描画数学描画方框方框图控制方案控制方案图前馈补偿功能：前馈补偿功能：全全补偿条件条件(前前馈控制器控制控制器控制规律：律：与与单纯前前馈控制具有一控制具有一样的的补偿才干才干数学描画式：数学描画式：c. 前馈前馈-反响控制优点反响控制优点n n具有前具有前具有前具有前馈馈控制与反响控制的双重控制与反响控制的双重控制与反响控制的双重控制与反响控制的双重优优点点点点n n由于参与了反响控制，降低了由于参与了

10、反响控制，降低了由于参与了反响控制，降低了由于参与了反响控制，降低了对对前前前前馈馈控制模型的控制模型的控制模型的控制模型的要求，且具有抑制其他要求，且具有抑制其他要求，且具有抑制其他要求，且具有抑制其他扰动扰动干干干干扰扰的才干的才干的才干的才干n n由于前由于前由于前由于前馈馈控制控制控制控制对对主要干主要干主要干主要干扰扰作了及作了及作了及作了及时时控制，大大减控制，大大减控制，大大减控制，大大减轻轻了反响控制的了反响控制的了反响控制的了反响控制的负负担担担担本卷本卷须知知前前馈反响与串反响与串级控制的区控制的区别串串串串级级控制控制控制控制两个两个两个两个闭环闭环控制控制控制控制前前前

11、前馈馈- -反响控制反响控制反响控制反响控制一个一个一个一个闭环闭环，一个开，一个开，一个开，一个开环环控制控制控制控制2 2 前前前前馈馈馈馈- -串串串串级级级级控制系控制系控制系控制系统统统统 前前前前馈馈馈馈控制与串控制与串控制与串控制与串级级级级控制控制控制控制结结结结合构成的一种控制方案。合构成的一种控制方案。合构成的一种控制方案。合构成的一种控制方案。构成例：构成例：构成例：构成例：留意前留意前馈量参与点：量参与点： 前前馈控制信号与主控制器信号叠控制信号与主控制器信号叠加后作加后作为串串级副控制器的副控制器的给定信号。定信号。b.b.前前前前馈馈控制器控制控制器控制控制器控制控

12、制器控制规规律律律律l其中其中GP2GP2是等效副是等效副环传送函数送函数l l 传传传传送函数：送函数：送函数：送函数：l l由由由由传传送函数送函数送函数送函数l l根据不根据不根据不根据不变变性原理得控制律性原理得控制律性原理得控制律性原理得控制律3 前前馈馈控制控制规规律律实现实现 由于工程由于工程对对象的准确的象的准确的传传送函数不易送函数不易获获得，工程得，工程上普通用一上普通用一阶阶或者二或者二阶阶滞后滞后环节环节来近似来近似实实践践对对象象的的传传送函数。并由此送函数。并由此获获得前得前馈补偿馈补偿器的数学模型。器的数学模型。例如：例如：设设定干定干扰扰通道与控制通道特性：通道

13、与控制通道特性：那么有控制那么有控制规规律：律：4.1.3 前馈控制系统运用前馈控制系统运用1 1 运用运用运用运用场场场场所所所所 系系系系统统统统滞后或容量滞后滞后或容量滞后滞后或容量滞后滞后或容量滞后较较较较大，反响控制系大，反响控制系大，反响控制系大，反响控制系统难统难统难统难以以以以满满满满足工足工足工足工艺艺艺艺控制要求控制要求控制要求控制要求场场场场所所所所 系系系系统统统统中存在可中存在可中存在可中存在可测测测测而不可控的而不可控的而不可控的而不可控的剧剧剧剧烈干烈干烈干烈干扰扰扰扰影响的影响的影响的影响的场场场场所所所所 干干干干扰对扰对扰对扰对被控被控被控被控变变变变量存在

14、量存在量存在量存在显显显显著影响，反响控制著影响，反响控制著影响，反响控制著影响，反响控制难难难难以以以以抑制的抑制的抑制的抑制的场场场场所所所所 工工工工艺艺艺艺要求按照某一要求按照某一要求按照某一要求按照某一给给给给定数学模型定数学模型定数学模型定数学模型实实实实施控制的施控制的施控制的施控制的场场场场所所所所2 2 留意：留意：留意：留意： 前前前前馈馈馈馈控制主要运用于控制主要运用于控制主要运用于控制主要运用于对对对对主要干主要干主要干主要干扰扰扰扰的的的的补偿补偿补偿补偿控制控制控制控制运用例运用例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引入前引入前引入前引入前馈馈

15、控制理由：控制理由：控制理由：控制理由： 精精精精馏馏塔塔塔塔进进料流量及温料流量及温料流量及温料流量及温度度度度对对塔釜温度的影响塔釜温度的影响塔釜温度的影响塔釜温度的影响具有具有具有具有较较大的大的大的大的时间时间滞后，滞后，滞后，滞后，反响控制反响控制反响控制反响控制难难以以以以满满足工足工足工足工艺艺控制目的要求控制目的要求控制目的要求控制目的要求运用例运用例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运用前运用前运用前运用前馈馈控制理由：控制理由：控制理由：控制理由： 锅锅炉蒸汽流量由后炉蒸汽流量由后炉蒸汽流量由后炉蒸汽流量由后续续工段工段工段工段用量决用量决用量决用量

16、决议议，不允，不允，不允，不允许许在在在在锅锅炉出口炉出口炉出口炉出口处实处实施控制。施控制。施控制。施控制。干干干干扰扰直接直接直接直接进进入主入主入主入主环环，易于，易于，易于，易于引起虚引起虚引起虚引起虚伪伪水位，且抑制水位，且抑制水位，且抑制水位，且抑制才干有限。才干有限。才干有限。才干有限。因此，思索添加前因此，思索添加前因此，思索添加前因此，思索添加前馈馈控制。控制。控制。控制。留意：留意：留意：留意： 此此此此处处蒸气流量是根据工蒸气流量是根据工蒸气流量是根据工蒸气流量是根据工艺过艺过程而确定程而确定程而确定程而确定为为前前前前馈变馈变量量量量运用例运用例3：加热炉出口温度控制干

17、扰影响大：加热炉出口温度控制干扰影响大运用前运用前运用前运用前馈馈控制理由：控制理由：控制理由：控制理由：进进入加入加入加入加热热炉的原油流量炉的原油流量炉的原油流量炉的原油流量动摇较动摇较大，且直接大，且直接大，且直接大，且直接对对出口原出口原出口原出口原油温度油温度油温度油温度产产生生生生较较大影响。大影响。大影响。大影响。施加前施加前施加前施加前馈馈控制之前，控制之前，控制之前，控制之前，对对原油流量干原油流量干原油流量干原油流量干扰扰的控制相当于的控制相当于的控制相当于的控制相当于单单回路反响控制，控制的及回路反响控制，控制的及回路反响控制，控制的及回路反响控制，控制的及时时性和力度性

18、和力度性和力度性和力度较较弱。弱。弱。弱。 分析分析分析分析举举例：例：例：例：图图示加示加示加示加热热炉的炉的炉的炉的a a、b b两种控制方案。两种控制方案。两种控制方案。两种控制方案。要求：要求：要求：要求： 1 1阐阐明二控制方案属何种控制？分明二控制方案属何种控制？分明二控制方案属何种控制？分明二控制方案属何种控制？分别别画出二控画出二控画出二控画出二控 制方案的控制方框制方案的控制方框制方案的控制方框制方案的控制方框图图。 2 2分分分分别别指出二系指出二系指出二系指出二系统统中能中能中能中能够够的主要干的主要干的主要干的主要干扰扰 3 3试试比比比比较较两种控制方案的特点。两种控

19、制方案的特点。两种控制方案的特点。两种控制方案的特点。1 1 控制方案：控制方案：控制方案：控制方案： a) a) 串串串串级级级级控制，控制，控制，控制， b) b) 前前前前馈馈馈馈- -反响控制反响控制反响控制反响控制2 2 方框方框方框方框图图图图 略略略略 3 3 主要干主要干主要干主要干扰扰扰扰： a a 燃料流量燃料流量燃料流量燃料流量动摇动摇动摇动摇， b b 原料流量原料流量原料流量原料流量动摇动摇动摇动摇4 4 特点：特点：特点：特点：串串串串级级级级控制方案，引入燃料流量作控制方案，引入燃料流量作控制方案，引入燃料流量作控制方案，引入燃料流量作为为为为副副副副变变变变量，

20、能迅速抑制燃量，能迅速抑制燃量，能迅速抑制燃量，能迅速抑制燃料的流量料的流量料的流量料的流量动摇对动摇对动摇对动摇对主主主主变变变变量的影响；量的影响；量的影响；量的影响； 对对对对于原料引入的干于原料引入的干于原料引入的干于原料引入的干扰扰扰扰控制不及控制不及控制不及控制不及时时时时。前前前前馈馈馈馈控制方案，引入原料流量作控制方案，引入原料流量作控制方案，引入原料流量作控制方案，引入原料流量作为为为为前前前前馈馈馈馈量，量，量，量，对对对对原料原料原料原料动摇动摇动摇动摇能能能能及及及及时经过调时经过调时经过调时经过调理燃料供理燃料供理燃料供理燃料供应应应应量量量量给给给给予予予予补偿补偿

21、补偿补偿； 系系系系统综统综统综统综合了前合了前合了前合了前馈馈馈馈控制及控制及控制及控制及时时时时抑制主要干抑制主要干抑制主要干抑制主要干扰扰扰扰和反响控制能抑和反响控制能抑和反响控制能抑和反响控制能抑制多种干制多种干制多种干制多种干扰扰扰扰的的的的优优优优点。但是，点。但是，点。但是，点。但是，对对对对于原料流量于原料流量于原料流量于原料流量动摇动摇动摇动摇以外的干以外的干以外的干以外的干扰扰扰扰，控制系，控制系，控制系，控制系统统统统呈呈呈呈现单现单现单现单回路控制特性。回路控制特性。回路控制特性。回路控制特性。作作业： 如如图反响器控制系反响器控制系统，经过实践践测试，知由于反响，知由

22、于反响物料温度和冷却水温度物料温度和冷却水温度动摇较大，大，图示系示系统无法无法满足控足控制要求，制要求，请修正控制方案使之修正控制方案使之满足足控制要求，画出控制系控制要求，画出控制系统流流程程图，阐明控制系明控制系统称号；称号；结合反响器的控制合反响器的控制过程程阐明他所明他所设计控制系控制系统的操作的操作特点。特点。某前某前馈串串级系系统如下如下图，经实验测定各定各环节特性如特性如下：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。 4.2 比值控制系统比值控制系统4.2.1 4.2.1 概述概述概述概述1 1 比比比比值值值值控制：控制：控制：控制：实现实现实现实现两个或两个以

23、上的流量参数按一定的两个或两个以上的流量参数按一定的两个或两个以上的流量参数按一定的两个或两个以上的流量参数按一定的比例关系比例关系比例关系比例关系变变变变化的控制。化的控制。化的控制。化的控制。2 2 比比比比值值值值控制主要运用控制主要运用控制主要运用控制主要运用领领领领域：域：域：域：物理物理物理物理过过程物料流量控制程物料流量控制程物料流量控制程物料流量控制化学化学化学化学过过程物料流量控制程物料流量控制程物料流量控制程物料流量控制比值控制原理图比值控制原理图3 根本属性根本属性属于开属于开环环 前前馈馈 控制控制存在一个自存在一个自动动物流物流 主物流，主物流，Q1 ，普通取消，普通

24、取消费费中的主中的主要物料、不可控物料、以要物料、不可控物料、以及及贵贵重物料作重物料作为为主物流。主物流。 至少一个从至少一个从动动物流物流 副物副物流，流，Q2 ，副物流按，副物流按规规定定的比例关系随主物流的比例关系随主物流变动变动而而变动变动副物流属于随副物流属于随动动控制控制k4 比比值值关系描画关系描画Q2 从从动动 副副 物流物流Q1 自自动动 主主 物流物流 k：工：工艺艺要求的二物流比例要求的二物流比例 非非仪仪表参数表参数 k设计义务：选择控制方案、控制方案、仪表表类型及参数型及参数实现 比比值控制。控制。4.2.2 比值控制系统构成类型比值控制系统构成类型 开开开开环环环

25、环比比比比值值值值控制控制控制控制 单闭环单闭环单闭环单闭环比比比比值值值值控制控制控制控制 双双双双闭环闭环闭环闭环比比比比值值值值控制控制控制控制 串串串串级级级级比比比比值值值值控制控制控制控制 定比定比定比定比值值值值控制控制控制控制 变变变变比比比比值值值值控制控制控制控制l l分分分分类类类类1 1：l l分分分分类类类类2 2：1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：l l构造构造构造构造简单简单，占用，占用，占用，占用设备设备及耗及耗及耗及耗资较资较少少少少; ;l l对对由副物流引入的干由副物流引入的干由副物流引入的干由副物流引入的干扰扰无抑制才干无抑

26、制才干无抑制才干无抑制才干, ,比比比比值值关系不能保关系不能保关系不能保关系不能保证证; ;l l主物流的干主物流的干主物流的干主物流的干扰扰将引起将引起将引起将引起总总流量流量流量流量动摇动摇, ,不能保不能保不能保不能保证总证总流量流量流量流量稳稳定定定定; ;l l运用运用运用运用场场所：所：所：所：l l 副流量任副流量任副流量任副流量任务务平平平平稳稳，控制，控制，控制，控制质质量要求不高的量要求不高的量要求不高的量要求不高的场场所。所。所。所。l l开开开开环环比比比比值值控制方框控制方框控制方框控制方框图图l l原理原理原理原理图图例：例：例：例：NaOHNaOH稀稀稀稀释释工

27、工工工艺艺比比比比值值控制控制控制控制工工工工艺艺要求：要求：要求：要求： 30%NaOH 30%NaOH加水稀加水稀加水稀加水稀释释消消消消费费68%68%的的的的NaOHNaOH主物流：主物流：主物流：主物流：30%NaOH30%NaOH副物流：副物流：副物流：副物流：H2OH2O2)单闭环比比值控制系控制系统l l单闭环单闭环比比比比值值控制方框控制方框控制方框控制方框图图l l构成：构成：构成：构成：l l 副流量控制中引入反响控副流量控制中引入反响控副流量控制中引入反响控副流量控制中引入反响控制机制。制机制。制机制。制机制。原理原理图：单闭环比值控制特点：单闭环比值控制特点：运用最广

28、泛的比运用最广泛的比运用最广泛的比运用最广泛的比值值控制系控制系控制系控制系统统对对副物流干副物流干副物流干副物流干扰扰有控制才干，有控制才干，有控制才干，有控制才干，可以保可以保可以保可以保证证二物流的比二物流的比二物流的比二物流的比值值关系关系关系关系单闭环单闭环属于随属于随属于随属于随动动控制控制控制控制对对来自主物流的干来自主物流的干来自主物流的干来自主物流的干扰扰无抑制无抑制无抑制无抑制才干，不能保才干，不能保才干，不能保才干，不能保证总证总流量流量流量流量稳稳定定定定方案方案方案方案简单简单，易于，易于，易于，易于实实施。施。施。施。要留意与串要留意与串要留意与串要留意与串级级控制

29、的区控制的区控制的区控制的区别别以以以以及与前及与前及与前及与前馈馈- -反响控制的区反响控制的区反响控制的区反响控制的区别别例：例：例：例：NaOHNaOH稀稀稀稀释释工工工工艺艺比比比比值值控制控制控制控制方框方框方框方框图图3) 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：l l 主物流流路添加一个主物流流路添加一个主物流流路添加一个主物流流路添加一个闭环闭环控控控控制回路制回路制回路制回路稳稳定主物流流量定主物流流量定主物流流量定主物流流量 l l双双双双闭环闭环比比比比值值控制方框控制方框控制方框控制方框图图l l原理原理原理原理图图双闭环比值控制系统构成特点：

30、双闭环比值控制系统构成特点：n n主、副物流各有一个主、副物流各有一个主、副物流各有一个主、副物流各有一个闭环闭环控制回路保控制回路保控制回路保控制回路保证证其流体其流体其流体其流体稳稳定流定流定流定流动动n n主物流主物流主物流主物流测变测变信号信号信号信号经经比比比比值计值计算后作算后作算后作算后作为为副物流控制器的副物流控制器的副物流控制器的副物流控制器的给给定定定定值值n n比比比比值值部分属于开部分属于开部分属于开部分属于开环环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 抑制了主物流干抑制了主物流干扰扰影响，保影响，保证证了了总总流量流量稳稳定。定。 有利于有利于对对物流量

31、物流量实实施平施平稳稳的的提、降操作。提、降操作。 缓缓慢慢调调理主控制器理主控制器给给定定值值 投投资资高，高，维护维护量大，量大，动态动态比比值值要求不高要求不高时时可思索运用两可思索运用两个个单闭环单闭环控制回路替代双控制回路替代双闭闭环环比比值值控制。控制。 留意：此留意：此时总时总流量流量调调整操作整操作应应同同时对时对两个控制器两个控制器进进展操展操作作 应应留意防止双留意防止双闭环产闭环产生共振生共振双闭环比值控制例双闭环比值控制例4变比值控制系统变比值控制系统 按照工按照工按照工按照工艺艺艺艺目的，目的，目的，目的，根据第三个参数的根据第三个参数的根据第三个参数的根据第三个参数

32、的需求自需求自需求自需求自动动动动修正二物修正二物修正二物修正二物流比流比流比流比值值值值系数的比系数的比系数的比系数的比值值值值控制系控制系控制系控制系统统统统l l变变比比比比值值控制系控制系控制系控制系统统方框方框方框方框图图l l原理原理原理原理图图变比值控制特点变比值控制特点是以某参数是以某参数是以某参数是以某参数为为主主主主变变量，以二流量比量，以二流量比量，以二流量比量，以二流量比值为值为副参数的串副参数的串副参数的串副参数的串级级控控控控制制制制可随工可随工可随工可随工艺艺条件修正比条件修正比条件修正比条件修正比值值系数，具有一定的自系数，具有一定的自系数，具有一定的自系数，具

33、有一定的自顺应顺应才干才干才干才干主参数主参数主参数主参数稳稳定，比定，比定，比定，比值值部分特性同定比部分特性同定比部分特性同定比部分特性同定比值值控制。控制。控制。控制。 主参数主参数主参数主参数动摇场动摇场所，比所，比所，比所，比值值部分特性同随部分特性同随部分特性同随部分特性同随动动控制。控制。控制。控制。变比值控制运用例变比值控制运用例uu主控制器：主控制器：主控制器：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主控主控主控主控输输出信号出信号出信号出信号 二物流比二物流比二物流比二物流比值值关系关系关系关系给给定信号定信号定信号定信号uu副控制器副控制器

34、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副控副控副控副控输输入信号入信号入信号入信号 二物流二物流二物流二物流实实践流量比践流量比践流量比践流量比值值关系信号关系信号关系信号关系信号5 5串级与比值组合控制系统串级与比值组合控制系统特点：特点：特点：特点：二流量的比二流量的比二流量的比二流量的比值值不随其他要素不随其他要素不随其他要素不随其他要素而而而而变变化，比化，比化，比化，比值值控制部分属定控制部分属定控制部分属定控制部分属定比比比比值值控制控制控制控制主物流控制器的主物流控制器的主物流控制器的主物流控制器的给给定定定定值值根据根据根据根据第三个参数

35、的第三个参数的第三个参数的第三个参数的变变化而化而化而化而变变化，化，化，化，比比比比值值控制部分属随控制部分属随控制部分属随控制部分属随动动控制控制控制控制动态过动态过程有控制滞后，能程有控制滞后，能程有控制滞后，能程有控制滞后，能产产生比例关系生比例关系生比例关系生比例关系动摇动摇。原理原理原理原理图图控制目的：控制目的：控制目的：控制目的： 在在在在坚坚持二流量混合比的前提下改持二流量混合比的前提下改持二流量混合比的前提下改持二流量混合比的前提下改动总动总流量。流量。流量。流量。方框方框方框方框图图 修正方案修正方案修正方案修正方案特点：特点：特点：特点： 第三方参数直接送第三方参数直接

36、送第三方参数直接送第三方参数直接送给给两个两个两个两个闭环调闭环调理器，可以减小原方理器，可以减小原方理器，可以减小原方理器，可以减小原方案的案的案的案的动态动态滞后，但是不能保滞后，但是不能保滞后，但是不能保滞后，但是不能保证证Q2Q2对对Q1Q1的静的静的静的静态态比比比比值值。留意串级比值组合控制与变比值控制结合的区别留意串级比值组合控制与变比值控制结合的区别串串串串级级比比比比值值控制控制控制控制变变比比比比值值控制控制控制控制4.2.3 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：主要内容：主要内容： 1 1比比比比值值系数系数系数系数计计算算算算 2 2比比比比值值控制

37、控制控制控制实现实现方法方法方法方法1比值系数计算比值系数计算关关关关键问题键问题： 确定比确定比确定比确定比值计值计算器的比算器的比算器的比算器的比值值系数系数系数系数K K定定定定义义： k k：工：工：工：工艺艺要求二物流流量比要求二物流流量比要求二物流流量比要求二物流流量比 k=Q2 / Q1 k=Q2 / Q1 K K：仪仪表表表表设设定比定比定比定比值值系数系数系数系数k k的的的的规规范信号范信号范信号范信号值值设设定：定：定：定： 流量由流量由流量由流量由0 0上升到最大上升到最大上升到最大上升到最大值值QmaxQmax，对应变对应变送器送器送器送器输输出信号由相出信号由相出信

38、号由相出信号由相应应的的的的规规范信号最小范信号最小范信号最小范信号最小值变值变到最大到最大到最大到最大值值。信号关系式信号关系式根据原理根据原理根据原理根据原理图图：比比比比值计值计算算算算单单元：元：元：元： IK=KI1 IK=KI1 稳态时稳态时存在关系：存在关系：存在关系：存在关系： IK=I2 IK=I2那么有比那么有比那么有比那么有比值值系数表达式：系数表达式：系数表达式：系数表达式：留意留意留意留意: : 符号符号符号符号Ii Ii代表信号代表信号代表信号代表信号变变化化化化值值DDZ-型型仪仪表比表比值值系数系数计计算算 (规规范信号：范信号：420mA)a. a.线线性丈量

39、关系：性丈量关系：性丈量关系：性丈量关系： I IQQb.b. ( (转转子流量子流量子流量子流量计计、涡轮涡轮番量番量番量番量计计，运用开方器的差，运用开方器的差，运用开方器的差，运用开方器的差压压流流流流量量量量计计) )那么根据比那么根据比那么根据比那么根据比值值系数系数系数系数KK表达式有：表达式有：表达式有：表达式有：( ( 留意留意留意留意: : 符号符号符号符号I I代表信号代表信号代表信号代表信号变变化化化化值值) )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：比比比比值值系数表达式：系数表达式：系数表达式：系数表达式：DDZ-型型仪仪表比表比值值系

40、数系数计计算算b.b.非非非非线线性丈量关系性丈量关系性丈量关系性丈量关系: I : I p ( p ( 差差差差压压流量流量流量流量计计无开方器无开方器无开方器无开方器) )其他规范仪表比值系数计算其他规范仪表比值系数计算l lDDZ-DDZ-型型型型电动单电动单电动单电动单元元元元组组组组合合合合仪仪仪仪表表表表l l规规规规范信号：范信号：范信号：范信号：0 10mA0 10mAl l线线线线性丈量：性丈量：性丈量：性丈量：l l非非非非线线线线性丈量性丈量性丈量性丈量l lQDZ型气型气动单动单元元组组合合仪仪表表l l规规范信号：范信号：20100kPal l线线性丈量性丈量l l非

41、非线线性丈量性丈量比值系数计算阐明比值系数计算阐明a.a.流量比流量比流量比流量比k k与比与比与比与比值值系数系数系数系数K K不是同一概念，不是同一概念，不是同一概念，不是同一概念，应应留意区留意区留意区留意区分。分。分。分。b.b.比比比比值值系数系数系数系数K K仅仅与工与工与工与工艺艺要求的流量比及要求的流量比及要求的流量比及要求的流量比及选选用用用用仪仪表表表表量程有关，与量程有关，与量程有关，与量程有关，与负负荷及荷及荷及荷及仪仪表种表种表种表种类类无关。无关。无关。无关。c.c. d.d.检测检测方法的方法的方法的方法的线线性或非性或非性或非性或非线线性关系直接影响比性关系直接

42、影响比性关系直接影响比性关系直接影响比值值系系系系数的数的数的数的计计算算算算2比值控制实现方法比值控制实现方法比比比比值值系数：系数：系数：系数：主要主要主要主要实现实现方法：方法：方法：方法： 利用比利用比利用比利用比值值器方法器方法器方法器方法 利用乘法器方法利用乘法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利用除法器方法利用除法器方法 利用比利用比值值器方案器方案n n根本方案根本方案根本方案根本方案n n特点：特点：特点：特点：n n简单简单、仪仪表少、本表少、本表少、本表少、本钱钱低低低低n n性能性能性能性能稳稳定，精度、灵敏度定，精度、灵敏度定，精度、灵敏

43、度定，精度、灵敏度较较高高高高n n比比比比值值系数系数系数系数设设定范定范定范定范围围大大大大n n 比比比比值值器种器种器种器种类类 系数系数系数系数测测定范定范定范定范围围n n 气气气气动动 0.254 0.254n n DDZ- DDZ- 0.033 0.033 n n DDZ- DDZ- 0.34 0.34n n不能不能不能不能远远程程程程调调整比整比整比整比值值系数，系数，系数，系数，不能构成不能构成不能构成不能构成变变比比比比值值控制系控制系控制系控制系统统n n关关关关键问题键问题n n 确定比确定比确定比确定比值值器器器器设设定数定数定数定数值值例：氨气与水的比值控制例：氨

44、气与水的比值控制工工工工艺艺条件条件条件条件自自自自动动物流：氨气，物流：氨气，物流：氨气，物流：氨气，2000m3/h2000m3/h从从从从动动物流：水，物流：水，物流：水，物流：水，4m3/h4m3/h氨气流量表：氨气流量表：氨气流量表：氨气流量表：3200m3/h3200m3/h水表：水表：水表：水表：6.3m3/h6.3m3/h请计请计算比算比算比算比值值器比器比器比器比值设值设定系数定系数定系数定系数Q1Q1：氨气：氨气：氨气：氨气Q2Q2：水：水：水：水乘法器方案乘法器方案l l关关关关键问题键问题：确定乘法器的乘法因子：确定乘法器的乘法因子：确定乘法器的乘法因子：确定乘法器的乘

45、法因子I0I0l lDDZ-DDZ-乘法器：乘法器：乘法器：乘法器：l l 乘法表达式：乘法表达式：乘法表达式：乘法表达式：根据比根据比根据比根据比值值系数概念有：系数概念有：系数概念有：系数概念有：l l乘法因子乘法因子乘法因子乘法因子I0I0表达式：表达式：表达式：表达式：l l原理原理原理原理图图： 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：l la. a. 比比比比值值系数由外部信号系数由外部信号系数由外部信号系数由外部信号设设定定定定l lb. b. 比比比比值值系数可以系数可以系数可以系数可以远间远间隔操作，便于构成隔操作，便于构成隔操作，便于构

46、成隔操作，便于构成变变比比比比值值控制控制控制控制l lc. c. 比比比比值值系数系数系数系数K K变变化范化范化范化范围围：0 1 0 1 之之之之间间l l 理由：理由：理由：理由：规规范信号。范信号。范信号。范信号。l l K K表达式：表达式：表达式：表达式： l ld. d. 构造复构造复构造复构造复杂杂，保养任，保养任，保养任，保养任务务量大。量大。量大。量大。除法器方案除法器方案a. a. 原理原理原理原理图图图图b. b. 要点：要点：要点：要点：是以二流量的比是以二流量的比是以二流量的比是以二流量的比值为值为值为值为被控被控被控被控变变变变量的量的量的量的单单单单回回回回路

47、控制系路控制系路控制系路控制系统统统统关关关关键键键键步步步步骤骤骤骤：确定：确定：确定：确定给给给给定信号定信号定信号定信号IsIsc. c. 除法器除法器除法器除法器输输输输出出出出(DDZ-(DDZ-型型型型仪仪仪仪表表表表) )d. d. 控制器控制器控制器控制器给给给给定信号定信号定信号定信号 稳态时稳态时稳态时稳态时控制器偏向控制器偏向控制器偏向控制器偏向 e e 为为为为零零零零 ：理想理想值(比比值系数定系数定义)e. 除法器实现比值控制方框图除法器实现比值控制方框图留意：留意：非非线性元件除法器包含在性元件除法器包含在闭环回路之内，其回路之内，其放大倍数随放大倍数随负荷荷变化

48、化较大，直接影响控制大，直接影响控制质量。量。f. 除法器非线性影响及处置方法除法器非线性影响及处置方法l l结论结论：l l 除法器构成比除法器构成比除法器构成比除法器构成比值值控制系控制系控制系控制系统统，其放大倍数随，其放大倍数随，其放大倍数随，其放大倍数随负负荷减小而荷减小而荷减小而荷减小而增大，即，增大，即，增大，即，增大，即，Q2Q2较较小小小小时时系系系系统稳统稳定性不好。定性不好。定性不好。定性不好。l l处处置方法：置方法：置方法：置方法：l l选选器具有相反特性的器具有相反特性的器具有相反特性的器具有相反特性的对对数数数数调调理理理理阀门阀门l l采用非采用非采用非采用非线

49、线性性性性补偿补偿方法方法方法方法l l利用串利用串利用串利用串级级控制系控制系控制系控制系统统的抑制非的抑制非的抑制非的抑制非线线性才干性才干性才干性才干比比比比值值系数算式：系数算式：系数算式：系数算式：对负对负荷荷荷荷Q2Q2求求求求导导影响：影响：影响：影响：除法器方案特点除法器方案特点a. a.直直直直观观，可直接，可直接，可直接，可直接读读出二物流的比出二物流的比出二物流的比出二物流的比值值b.b.输输出信号可直接被用于指示及出信号可直接被用于指示及出信号可直接被用于指示及出信号可直接被用于指示及报报警警警警c. c.可方便地构成可方便地构成可方便地构成可方便地构成变变比比比比值值

50、控制控制控制控制d.d.比比比比值调值调理范理范理范理范围围不能跨越不能跨越不能跨越不能跨越1 1，(k=01(k=01，或，或，或，或k=1)k=1)e. e.二物流之比二物流之比二物流之比二物流之比值值系数系数系数系数KK可以是除掉可以是除掉可以是除掉可以是除掉1 1之外的恣意之外的恣意之外的恣意之外的恣意值值，普通普通普通普通设设定比定比定比定比值值系数不要在系数不要在系数不要在系数不要在“1“1附近。附近。附近。附近。f. f. 处处置方法：假置方法：假置方法：假置方法：假设设K=1K=1，或在，或在，或在，或在1 1附近，可在浮流附近，可在浮流附近，可在浮流附近，可在浮流量丈量回路中

51、串量丈量回路中串量丈量回路中串量丈量回路中串联联一个比例系数一个比例系数一个比例系数一个比例系数为为0.50.5的比的比的比的比值值器器器器g. g.除法器除法器除法器除法器为为非非非非线线性性性性环节环节，且在，且在，且在，且在闭环闭环回路中，比回路中，比回路中，比回路中，比值值系系系系数数数数KK将随将随将随将随负负荷荷荷荷变变化化化化h.h. 比值控制的假设干问题比值控制的假设干问题1 1 非非非非线线线线性丈量的影响性丈量的影响性丈量的影响性丈量的影响开方器运用开方器运用开方器运用开方器运用稳态稳态稳态稳态条件的比条件的比条件的比条件的比值值值值系数系数系数系数动态动态动态动态条件的分

52、析：条件的分析：条件的分析：条件的分析： 设设设设非非非非线线线线性性性性测变测变测变测变，信号与流量关系如下，信号与流量关系如下，信号与流量关系如下，信号与流量关系如下 结论结论结论结论：放大倍数正比于流量：放大倍数正比于流量：放大倍数正比于流量：放大倍数正比于流量QQ，负负负负荷荷荷荷变变变变化影响控制化影响控制化影响控制化影响控制质质质质量。量。量。量。处处处处理方法：运用开方器，使丈量信号与流量信号呈理方法：运用开方器，使丈量信号与流量信号呈理方法：运用开方器，使丈量信号与流量信号呈理方法：运用开方器，使丈量信号与流量信号呈线线线线性关系性关系性关系性关系开方器运用原那么：控制精度要求

53、高，开方器运用原那么：控制精度要求高，开方器运用原那么：控制精度要求高，开方器运用原那么：控制精度要求高，负负负负荷荷荷荷变变变变化化化化较较较较大大大大场场场场所运所运所运所运用用用用2)比值控制系统动态跟踪比值控制系统动态跟踪l l存在存在存在存在动态动态跟踪滞后。跟踪滞后。跟踪滞后。跟踪滞后。l l处处置方法：置方法：置方法：置方法：l l 普通采用普通采用普通采用普通采用动态补偿动态补偿方式方式方式方式保保保保证动态时证动态时两物流两物流两物流两物流满满足比足比足比足比值值关关关关系系系系l l对应对应方框方框方框方框图图：l l动态补偿动态补偿方程式方程式方程式方程式l l气体方程式

54、：气体方程式：气体方程式：气体方程式：l l PV = nRT n PV = nRT n：克分子数，：克分子数，：克分子数，：克分子数， R R：气体：气体：气体：气体常数常数常数常数l l 有下式成立：有下式成立：有下式成立：有下式成立：3气体流量丈量中的温度压力校正气体流量丈量中的温度压力校正l l设设定：下定：下定：下定：下标标“1“1代表代表代表代表实实践工况，下践工况，下践工况，下践工况，下标标“n“n代表代表代表代表设设定工况。定工况。定工况。定工况。l l有：有：有：有：比值控制系统的设计、参数整定比值控制系统的设计、参数整定1 1 设计设计设计设计a. a. 主、从主、从主、从

55、主、从变变变变量量量量选择选择选择选择主主主主变变变变量：量：量：量：消消消消费费费费中起主中起主中起主中起主导导导导作用的流量参数作用的流量参数作用的流量参数作用的流量参数可可可可测测测测而不可控的流量参数而不可控的流量参数而不可控的流量参数而不可控的流量参数较较较较昂昂昂昂贵贵贵贵的物料的流量参数的物料的流量参数的物料的流量参数的物料的流量参数平安角度平安角度平安角度平安角度b. b. 控制器控制控制器控制控制器控制控制器控制规规规规律律律律 选选选选用用用用PIPI控制器，控制器，控制器，控制器， 保保保保证证证证各物料的各物料的各物料的各物料的稳稳稳稳定，无余定，无余定，无余定，无余差

56、控制差控制差控制差控制c.c.仪仪仪仪表量程表量程表量程表量程选择选择选择选择 应该应该应该应该使比使比使比使比值值值值系数系数系数系数K K接近接近接近接近1 1。 由由由由可知：可知：可知：可知： K=1 K=1时时有：有：有：有：即在即在即在即在坚坚持工持工持工持工艺艺要求的物流之要求的物流之要求的物流之要求的物流之比比比比k k不不不不变变的情况下，主副物流的情况下，主副物流的情况下，主副物流的情况下，主副物流都可在全量程都可在全量程都可在全量程都可在全量程变变化，此化，此化，此化，此时时系系系系统统的灵敏度和精度的灵敏度和精度的灵敏度和精度的灵敏度和精度较较高。高。高。高。2 2 参

57、数整定参数整定参数整定参数整定比比比比值值值值控制特点：控制特点：控制特点：控制特点： 自自自自动动动动流量控制属于定流量控制属于定流量控制属于定流量控制属于定值值值值控制，从控制，从控制，从控制，从动动动动流量控制属于随流量控制属于随流量控制属于随流量控制属于随动动动动控制，普通工控制，普通工控制，普通工控制，普通工艺艺艺艺要求从要求从要求从要求从动动动动流量能迅速、正确地跟踪流量能迅速、正确地跟踪流量能迅速、正确地跟踪流量能迅速、正确地跟踪主流量的主流量的主流量的主流量的变变变变化，并且不宜有超化，并且不宜有超化，并且不宜有超化，并且不宜有超调调调调。整定原那么：整定原那么：整定原那么：整

58、定原那么： 自自自自动动动动流量控制器的整定同常流量控制器的整定同常流量控制器的整定同常流量控制器的整定同常规单闭环规单闭环规单闭环规单闭环反响控制系反响控制系反响控制系反响控制系统统统统。 副物流控制器参数的整定副物流控制器参数的整定副物流控制器参数的整定副物流控制器参数的整定应应应应使副流量的控制到达振使副流量的控制到达振使副流量的控制到达振使副流量的控制到达振荡荡荡荡与不振与不振与不振与不振荡荡荡荡的的的的临临临临界形状。界形状。界形状。界形状。方法方法方法方法: : 控制器控制器控制器控制器积积积积分分分分时间为时间为时间为时间为 ，微分，微分，微分，微分时间为时间为时间为时间为0 0

59、。 手操手操手操手操调调调调整比例度到达震整比例度到达震整比例度到达震整比例度到达震荡荡荡荡与不震与不震与不震与不震荡荡荡荡的的的的临临临临界参数，界参数，界参数，界参数， 适当加大比例度，适当加大比例度，适当加大比例度，适当加大比例度，调调调调整整整整积积积积分分分分时间时间时间时间是到达震是到达震是到达震是到达震荡临荡临荡临荡临界。界。界。界。 4.2.4 比值控制系统计算举例比值控制系统计算举例例例例例1 1：图图示由示由示由示由DDZ-DDZ-型乘法器构成的比型乘法器构成的比型乘法器构成的比型乘法器构成的比值值控制系控制系控制系控制系统统， 选择选择流量流量流量流量变变送器量程：送器量

60、程：送器量程：送器量程：Q1max=3600kg/hQ1max=3600kg/h，Q2max=2000kg/h Q2max=2000kg/h 。工工工工艺艺要求要求要求要求Q1Q1 Q2=4Q2=4 1 1，求：求：求：求：计计算此比算此比算此比算此比值值系系系系统统的比的比的比的比值值系数系数系数系数KK。计计算乘法器的算乘法器的算乘法器的算乘法器的设设定定定定值值IsIs。解：解： K=k2(Q1max / Q2max)2 =0.252(3600/2000)2 =0.252 (1.8)2 = 0.0625 3.24=0.2025 Is= 16K+4 = 160.2025+4=7.24 例例

61、2 如如如如图图图图用用用用DDZ-DDZ-型乘法器构成的比型乘法器构成的比型乘法器构成的比型乘法器构成的比值值值值控控控控制系制系制系制系统统统统，知，知，知，知 Q1max=2000kg/h Q1max=2000kg/h，Q2max=7000kg/hQ2max=7000kg/h。 工工工工艺艺艺艺要求要求要求要求Q2/Q1=3Q2/Q1=3， 计计计计算此比算此比算此比算此比值值值值系系系系统统统统的比的比的比的比值值值值系数系数系数系数K K。 图图图图示控制方案能否可行？示控制方案能否可行？示控制方案能否可行？示控制方案能否可行？为为为为什么？什么？什么？什么？解解根据控制图知道二物流

62、中自动物流是根据控制图知道二物流中自动物流是Q2，Q1为从动物流为从动物流 有：有：k =Q1 / Q2 = 1/3 K = 7/6 由于由于K 1，不符合利用乘法器实现比值设计的比值系数设，不符合利用乘法器实现比值设计的比值系数设定范围要求，给出的比值控制方案不可行。定范围要求，给出的比值控制方案不可行。例例3：请针对上例设计一个可行的：请针对上例设计一个可行的 运用乘法器比值控运用乘法器比值控 制方案。制方案。 画出原理图。画出原理图。改改动方法：方法：Q1Q1测变测变测变测变与控制器与控制器与控制器与控制器之之之之间间间间加一个比例器加一个比例器加一个比例器加一个比例器自自自自动动与从与

63、从与从与从动动物流物流物流物流对调对调乘法器置于乘法器置于Q1测变与控制器之与控制器之间例例例例4 4图示比示比值控制系控制系统比比值器是用器是用DDZ-乘法器乘法器实现。知。知Q1max=5000kg/h，Q2max=4000kg/h， 且乘法器且乘法器设定信定信号号I0=14mA请计算本系算本系统二流量的比二流量的比值k及乘法器及乘法器的比的比值系数系数K。 解：解： K = k Q1max / Q2max 由：由：I0=16K+4 K=I0-4/ 16 = 5/8 那么：那么： k= K Q2max / Q1max = 5/8 4000 / 5000= 1/2比值控制小结比值控制小结 比

64、比比比值值值值控制属于开控制属于开控制属于开控制属于开环环环环控制控制控制控制 比比比比值值值值系数系数系数系数仅仅仅仅与工与工与工与工艺艺艺艺流量比例要求及流量比例要求及流量比例要求及流量比例要求及选选选选用用用用仪仪仪仪表量程有关，表量程有关，表量程有关，表量程有关，根本关系式：根本关系式：根本关系式：根本关系式： 比比比比值值值值控制控制控制控制实现实现实现实现方法及特点方法及特点方法及特点方法及特点 比比比比值值值值器、乘法器、除法器器、乘法器、除法器器、乘法器、除法器器、乘法器、除法器 比比比比值值值值系数系数系数系数计计计计算：算：算：算： 控制要求高，控制要求高，控制要求高，控制要求高，负负负负荷荷荷荷变变变变化化化化较较较较大的大的大的大的场场场场所所所所应应应应思索运用开方器。思索运用开方器。思索运用开方器。思索运用开方器。