【正文】 穩(wěn)態(tài)時： 圖13 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理框圖當(dāng)不變，受到擾動時，閉合回路進行定值控制。當(dāng)主副流量同時受到擾動時，調(diào)節(jié)器在克服副流量擾動的同時，又根據(jù)新的給定值，改變調(diào)節(jié)閥的開度，使主、副流量在新的流量數(shù)值的基礎(chǔ)上，保持其原設(shè)定值的比值關(guān)系。當(dāng)主流量不變、而副流量受到擾動時，則可通過副流量的閉合回路進行定值控制。工藝流程圖及原理框圖如圖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)。 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。（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、副流量，兩個變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機構(gòu)和一個以作為反饋信號的閉環(huán)回路組成。主流量調(diào)節(jié)器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)受到擾動時，輸出變化，跟隨變化，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)地摻加螢石。比值系數(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)”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)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。稱為第三個參數(shù)或主參數(shù)（質(zhì)量指標(biāo)）。當(dāng)、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)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。 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。該類儀表的流量測量原理可概括為： （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： （24） 式中，c為差壓式流量計的比例系數(shù)，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： （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 （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。由初值定理有： （218）由終值定理知： （219）如圖23所示，微分調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線?？梢娢⒎肿饔靡谡{(diào)節(jié)過程的初期，和積分作用恰好相反。所謂動態(tài)過程就是指系統(tǒng)受到外加信號(給定值或擾動)作用后，被控量隨時間變化的全過程。如果系統(tǒng)受外作用力后，經(jīng)過一段時間，其被控量可以達到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的?？焖傩员砻髁讼到y(tǒng)輸出對輸入響應(yīng)的快慢程度。穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。對過程控制來說，穩(wěn)定性問題不但涉及穩(wěn)態(tài)情況，更涉及干擾擾動問題。（2）快速性問題應(yīng)保證系統(tǒng)響應(yīng)的快速性從而保證比值恒定。而且在管路中存在有很多不規(guī)則的干擾噪聲，因此在控制器都不宜采用微分作用。從理論上看，通過計算來整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)是可行的辦法。由于這些原因，各種計算結(jié)果只能是近似的，只宜作參考依據(jù)。不過計算分析不必要求達到精確的結(jié)果，而是利用一些經(jīng)驗性圖表，先估計調(diào)節(jié)器參數(shù)的取值范圍，從而給現(xiàn)場整定提供參考。2） 將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后逐漸減小比例帶，直到進入等幅振蕩狀態(tài)。 表31 臨界比例帶法計算公式（）規(guī) 律PPI PID ———臨界比例帶法在實際應(yīng)用中有一定的局限性，有些生產(chǎn)過程根本不允許產(chǎn)生等幅振蕩，如火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位控制；此外，某些慣性較大的單容對象用比例調(diào)節(jié)器又很不容易產(chǎn)生等幅振蕩過程，得不到臨界狀態(tài)下的調(diào)節(jié)器比例帶即振蕩周期，則無法應(yīng)用臨界比例帶法。應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次試驗，直到過渡過程曲線出現(xiàn)4:1的衰減過程，對于的調(diào)節(jié)過程也是一樣的做上述試驗，直到出現(xiàn)10:1的衰減過程。與臨界比例帶法一樣，衰減曲線法也是利用了比例作用下的調(diào)節(jié)過程。 通過長期實踐，人們總結(jié)了一套參數(shù)整定的經(jīng)驗，稱之為經(jīng)驗法。將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，穩(wěn)定后做階躍擾動試驗，觀察調(diào)節(jié)過程，若過渡過程有希望的衰減率（）則可，否則改變比例帶值，重復(fù)上述試驗。保持比例帶不變修改積分時間，同樣反復(fù)試湊直到滿意為止。因此，要求反映快速、準(zhǔn)確。⑶ 適當(dāng)放寬比例度（一般為20%）的情況下，逐步緩慢地減小積分時間，直到出現(xiàn)振蕩與不振蕩的臨界過程或稍有一點超調(diào)的情況為止。另外，這樣整定參數(shù)也防止了從動量回路共振問題。㈢ 變比值控制系統(tǒng) 變比值控制系統(tǒng)，又可稱為串級比值控制系統(tǒng)，它具有串級控制系統(tǒng)的一些特點，仿效串級控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇原則，主調(diào)節(jié)器選擇PI或PID控制規(guī)律；副調(diào)節(jié)器（即從動量調(diào)節(jié)器）可按單閉環(huán)控制系統(tǒng)進行整定。尤其是自動化儀表發(fā)展如此之快，使這些仿真控制系統(tǒng)不得不進行設(shè)備的更新改造，其經(jīng)濟損失是顯而易見的。為此，利用MATLAB仿真工具和VB開發(fā)界面，建立DEH仿真平臺，在不干擾生產(chǎn)的情況下，對DEH系統(tǒng)動態(tài)過程