【正文】 如圖 12 所示。 2）當(dāng)主動量受到干擾而發(fā)生變化時，系統(tǒng)通過比值器及設(shè)定值按比例去改變控制閥的開度，調(diào)節(jié)從動量使之與主動量仍保持原有的比例關(guān)系。下面我們一一簡單介紹這五種控制系統(tǒng)。兩個或兩個以上參數(shù)之間的比值不是一個常數(shù)，而是根據(jù)另一個參數(shù)的變化而不斷的修正，具有這種特點的系統(tǒng)稱為變比值控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜。 ： 若兩物料的比值系數(shù)設(shè)定為 K，則有： （ 12） 比值控制系統(tǒng)的類型 根據(jù)生產(chǎn)過程中工藝容許的負(fù)荷、干擾、產(chǎn)品質(zhì)量等要求不同，實際采用的比值控制方案也不同。 因此，只要主副流量的給定值保持比值關(guān)系，或者副流量給定值隨主流量按一定比例關(guān)系而變化即可實現(xiàn)比值控制。最常見的是燃燒過程，燃料與空氣要保持一定的比例關(guān)系，才能滿足生產(chǎn)和環(huán)保的要求；造紙過程中，濃紙漿與水要以一定的比例混合，才能制造出合格的紙漿，許多化學(xué)反應(yīng)的諸個進(jìn)料要保持一定的比例。在過程控制中， 實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為 比值控制系統(tǒng) 。 在化工、煉油及其他工業(yè)生產(chǎn)過程中，工藝上常需要兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系，比例一旦失調(diào)，將影響生產(chǎn)或造成事故。例如在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，要保持送進(jìn)爐膛的風(fēng)量和燃料成一定的比例，以保證燃燒的經(jīng)濟性。比值控制的目的就是為了實現(xiàn)使幾種物料混合符合一定比例關(guān)系，使生產(chǎn)能安全正常進(jìn)行。油品調(diào)合主要是指汽油、柴油、潤滑 以及原油等的調(diào)合。工業(yè)生產(chǎn)中，常用比值控制策略來實現(xiàn)各種物料的配比 控制。 在水泥、冶金、醫(yī)藥、玻璃、建材、化工等流程工業(yè)中，配料是生產(chǎn)過程的重要組成部分，其配料過程是否按照規(guī)定的配比 (組成產(chǎn)品的各種原料的比例 )進(jìn)行是衡量企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，如果配料的質(zhì)量達(dá)不到要求，輕則造成原料、能源的浪費，重則影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率，有些重要生產(chǎn)崗位的配料失誤甚至?xí)o整個生產(chǎn)釀成事故。汽油調(diào)合是煉廠利用生產(chǎn)的各種汽油組分，按某種比例配方和添 劑均勻混合，得到符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的汽油產(chǎn)品的過程。配料精度的高低制約著整個生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，所以應(yīng)對配料過程的控制給予足夠重視。為此，我們引入比值控制系統(tǒng)。 例如，在煤氣燃燒過程中，要求煤氣與 助燃空氣按一定配比（最佳為 1： ）供入燃燒室。通常以保持兩種或幾種物料的流量為一定比例關(guān)系的系統(tǒng)，稱之 流量比值控制系統(tǒng) 。 通常，在兩個需要保持一定比例關(guān)系的物料中，一個是主動量或關(guān)鍵量，另一個是從動量或輔助量。 比值控制系統(tǒng)特點 比值控制系統(tǒng)的特征 : 是實現(xiàn)兩個或兩個以上物料保持一定比例關(guān)系。比值控制系統(tǒng)按比值的特點可分為定比值和變比值控制系統(tǒng)。 比值控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)特點可分為簡單比值和復(fù)雜比值控制系統(tǒng)。 21QK Q?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 4 開環(huán)比值控制系統(tǒng) 開環(huán)比值控制系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)最簡單的比值控制系統(tǒng)，其工藝流程圖和原理方塊圖如圖 11 所示。 3）當(dāng)從動 量受到外界干擾（如溫度、壓力擾動）波動時，由于是開環(huán)控制，沒有調(diào)節(jié)從動量自身波動的環(huán)節(jié)，也沒有調(diào)整主動量的環(huán)節(jié)，故兩種物料的比值關(guān)系很難保持不變，系統(tǒng)對此無能為力。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 5 （ 1）工藝流程圖 （ 2）原理方框圖 圖 12 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 1. 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是由兩個信號即主流量 1Q 、副流量 2Q ，兩個變送器 、 調(diào)節(jié)器 、 執(zhí)行機構(gòu)和一個以 2Q 作為反饋信號的閉環(huán)回路組成。主流量調(diào)節(jié)器 1()TWs的輸出作為副流量的給定值。它不但可以實現(xiàn)副流量跟隨主流量的變化而變化，而且還可以克服副流量本身干擾對比值的影響。當(dāng) 1Q 受到擾動時， 1()TWs輸出變化， 2Q 跟隨 1Q 變化，保證原設(shè)定的比值不變。 （ 4）當(dāng)主、副物料流量同時受到擾動變化時，調(diào)節(jié)器在調(diào)整副物料流量使之維持原設(shè)定值的同時，系統(tǒng)又根據(jù)主物料流量產(chǎn)生新的給定值，改變調(diào)節(jié)閥的開度，使主、副物料流量在新的流量數(shù)值的基礎(chǔ)上，保持原設(shè)定值 的比值關(guān)系不變。 水泥生產(chǎn)中，為了降低水泥中 fCaO（游離氧化鈣，又稱游離鈣）含量，提高水泥熟料質(zhì)量，要求在石灰石中按一定比例自動連續(xù)地?fù)郊游炇?。比值系?shù)為兩物料重量之比。主流量控制回路能克服主流量擾動，實現(xiàn)定值控制；副流量內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 7 控制回路能抑制作用于副回路中的擾動，使副流量與主流量成比值關(guān)系。 因此，因擾動而發(fā)生的主動量和從動量波動利用各自控制回路分別實現(xiàn)實際值與給定值吻合，從而保證主、副物料流量的比值恒定。其中， 主流量回路：克服主流量擾動，實 現(xiàn)其定值控制。如圖 17所示為引入 “ 動態(tài)補償環(huán)節(jié) ” ()bsW 的雙閉環(huán)比值控制 ， 由于副流量滯后于主流量，則動態(tài)補償環(huán)節(jié)應(yīng)具有超前特性。 （ 2）系統(tǒng)更易于調(diào)節(jié) 當(dāng)需要改變主動量的設(shè)定值時，主動量控制回路通過 調(diào)節(jié)控制使主動量的輸出值改變?yōu)樾略O(shè)定值，同時從動量也將隨主動量按給定比值變化。 串級比值控制系統(tǒng) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制是實現(xiàn)兩種物料流量間的定比值控制，在系統(tǒng)運行過程中其 比值系數(shù)是不變的。 ()Ys稱為第三個參數(shù)或主參數(shù)（質(zhì)量指標(biāo)）。 當(dāng) 2Q 、 1Q 出現(xiàn)擾動時，副回路可以很快動作，使兩者的比例維持常數(shù)，即保持比值一定，從而不影響主參數(shù)，或大大減小擾動對主參數(shù) Y(s) 的影響。主參數(shù)往往是衡量質(zhì)量的最終指標(biāo)，因此這種系統(tǒng)對比值的要求大為降低，具有按主參數(shù)反饋自動校正比值系數(shù)的優(yōu)點。當(dāng)?shù)谌齾⒘侩S輸入物料的配比不同變化時，對第三參量的控制問題，變成了調(diào)節(jié)物料配比問題，這就是變比值控制，其控制的工藝圖和控制方框圖分別如圖 19， 110 所示 。 系統(tǒng)在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，主被控變量（即第三參量）穩(wěn)定，主控制器的輸出也穩(wěn)定不變并和比值控制器信號相等，從物料量控制閥門穩(wěn)定于某一開度，控制器的比值恒定。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 圖 110 變比值控制系統(tǒng)控制方框圖 第二章 比值控制系統(tǒng)設(shè)計 本 章主要介紹比值控制系統(tǒng)中的比值控制方式的選擇原則、主從物料的選擇原則、比值系數(shù)的計算及調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定。 （ 2）雙閉環(huán)比值控制選用 當(dāng)要求兩種物料比值精確、恒定；擾動引起的主、副流量變化較大；不適用于只有一種物料可控，其它物料不可控制情況；要求總生產(chǎn)能力或主、副物料總量恒定；經(jīng)常需要升降負(fù)荷時，可選用雙閉環(huán)比值控制方案。實現(xiàn)以貴重物料為主進(jìn)行控制，其他非貴重物料根據(jù)控制過程需要增減變化。 （ 3）主導(dǎo)作用原則 在多物料參與生產(chǎn)的過程中，如化工或制藥工業(yè)中，經(jīng)常將物 料分成主料和輔料，生產(chǎn)圍繞主料進(jìn)行，輔料作為控制過程的調(diào)節(jié)物料。 比值系數(shù)計算 比值控制系統(tǒng)的控制過程是通過對主、從動量以及第三參量的檢測與控制實現(xiàn)的。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 該類儀表的流量測量原理可概括為： Q cW? （ 21） 式中， Q 表示流量； c 表示比例系數(shù)； W 表示直接測量值，如轉(zhuǎn)速、高度等。流量和壓力的關(guān)系可概括為： Q c p?? （ 24） 式中， c 為差壓式流量計的比例系數(shù)， p? 為壓力或壓差。如 ? =20%，則表明調(diào)節(jié)器輸出變化 100%時，需要其輸入信號變化 20%。從這一點看，比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點之一就是調(diào)節(jié)及時、迅速。調(diào)節(jié)過程結(jié)束，被調(diào)量偏差仍存在稱為有差調(diào)節(jié)，這是比例調(diào)節(jié)規(guī)律的又一特點。 積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)如 圖 22所示。由下式可知： iTtedttdu )()( ? （ 212） 上式表明，控制作用在積分時間 TI越小時越強。 不過在現(xiàn)實中，積分調(diào)節(jié)規(guī)律很少單獨使用，它總是與比例調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合成為比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，以發(fā)揚各自的特長，彌補對方的不足。對于定值控制系統(tǒng)，偏差信號的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即 dt tdcTdt tdeTtu dd )()()( ?? （ 215） 式中 Td微分時間。因此對象在受到較小的擾動后，被調(diào)量變化量及變化速度都將很小，微分作用調(diào)節(jié)器同時由于自身動作的不靈敏區(qū)的存在而始終不動作 ,這樣，經(jīng)過一段時間后，偏差將積累成一個較大的 值。 （ 217） 式中 TD微分時間； KD微分增益。在時間較長后，微分作用消失，直到為零。所以，當(dāng)給定值變化時，被控量不可能立即等于給定值，而需要經(jīng)過一個過渡過程，即動態(tài)過程。 穩(wěn)定性是這樣來表述的：系統(tǒng)受到外作用后，其動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。 快速性是通過動態(tài)過程時間長短來表征的，過程時間越短，表明快速性越好，反之亦然。若系統(tǒng)的最終誤差為零，則稱為無差系統(tǒng) ,否則稱為有差系統(tǒng)。 （ 1）穩(wěn)定問題 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 20 穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)正常工作的首要條件。因此，在干擾較大的場合，如工業(yè)過程的現(xiàn)場，控制系統(tǒng)應(yīng)有足夠的穩(wěn)定裕量。因為比值控制系統(tǒng)對象一般都是流量對象，滯后時間都比較小。另一方面，在主設(shè)備完善、系統(tǒng)設(shè)計方案合理、設(shè)備安裝等均已完善的條件下，只有經(jīng)過正確的整定，才能達(dá)到預(yù)期的控制質(zhì)量。另外，對控制系統(tǒng)中的一些非線性環(huán)節(jié)要近似為線性環(huán)節(jié)，甚至要對調(diào)節(jié)器本身在計算時也只能看作是線性的理想調(diào)節(jié)器。因此，計算還是有必要的。 臨界比例帶的具體步驟是： 1） 將調(diào)節(jié)器的積分時間置于最大，即 iT?? ；置微分時間 0dT? ；置比例帶 ?于一個較大的值。 將計算好的參數(shù)值在調(diào)節(jié)器上設(shè)置好，作階躍響應(yīng)試驗，觀察系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器的參數(shù)，直到調(diào)節(jié)器過程滿意為止。 2） 在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)后作階 躍 擾動試驗，應(yīng)觀察控制過程。 表 32 衰減曲線法計算公式 ? 規(guī)律 ? iT dT P PI PID s? ? ? — — — ? 規(guī)律 ? iT dT P PI PID s? ? ? — 2rt — — 3）按計算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)，作階 躍 擾動試驗，觀察調(diào)節(jié)過程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，到滿意為止。 經(jīng)驗法 如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運行中經(jīng)常受到擾動影響，那么要得到閉環(huán)系統(tǒng)確切的階躍響應(yīng)曲線就很困難，因此臨界比例帶法和衰減曲線法都不能得到滿意的結(jié)果。根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置比例帶? 值。 3） 保持積分時間不變，改變比例帶，看調(diào)節(jié)過程有無改善，若有改善則繼續(xù)修改比例帶，如無改善則反方向修改比例帶，直到滿意為止。 比值控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器確定及工程整定 ㈠ 單閉環(huán)控制系統(tǒng) 從動量控制回路是跟隨主動量而變化的隨動系統(tǒng)。 ⑵ 將積分時間置于最大值，由大到小逐步改變比例度，直到在階躍干擾下過渡過 程處于振蕩與不振蕩的臨界過程為止。主、從控制回路都應(yīng)將過渡過程整定成非周期臨界情況。因此，主動量的過渡過程為非周期變化過程有效防止了這種可能性。以往的仿真控制系統(tǒng)主要是物理和半物理仿真，建立這樣的仿真控制系統(tǒng)投資大，安裝和維護(hù)費用也大。在火電廠中， DEH(汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng) )是汽輪機運轉(zhuǎn)的神經(jīng)中樞，該系統(tǒng)性能只能通過動態(tài)過程才能反映出來。 控制系統(tǒng)的性能分析 頻域特性分析法是經(jīng)典控制理論中一種主要的分析方法。它是一種圖解的方法。這種老辦法要耗費大量的時間、精力，而且計算數(shù)據(jù)的精確度還不一定能夠得到保證。 對于最小相位系統(tǒng)：當(dāng)相角裕度 Pm0176。在 使用時 Gm、 Pm是成對使用的，有時僅使用一個裕度指標(biāo) Pm。 ⑴ 分析主動量控制系統(tǒng)和從動量控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。 G1=tf(num1,den1)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 27 [Gm Pm Wcp Wcg]=margin(G12) Gm = Pm = Wcp = Wcg = 通過執(zhí)行以上程序，我們得到了主動量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)頻域性能指標(biāo)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 28 ② 從動量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。 [num2,den2]=pade(5,10)。在執(zhí)行以下語句： margin(G12) 我們可得到從動量無調(diào)節(jié)器的開環(huán) Bode 圖如圖 42所示 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 29 圖 42 從動量無調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng) Bode 圖 由從動量無調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng) Bode 圖可知，系統(tǒng)