【正文】 入自動(dòng)運(yùn)行并將比例帶由大到小改變，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩為止。 在熱工生產(chǎn)過程中，比較實(shí)用的是現(xiàn)場(chǎng)整定方法，即通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來選擇調(diào)節(jié)器內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 的參數(shù)。采用各種計(jì)算方法，求出閉環(huán)系統(tǒng)特征根的分布情況，對(duì)振蕩頻率、靜態(tài)偏差、動(dòng)態(tài)偏差、控制過程時(shí)間等有 明確的結(jié)論，根據(jù)所得結(jié)論能夠比較在不同的調(diào)節(jié)規(guī)律、不同參數(shù)值的情況下過渡過程的品質(zhì)和實(shí)現(xiàn)保證衰減率大于所規(guī)定的數(shù)值的要求。 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定法 控制系統(tǒng)的整定是指在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定、控制儀表與控制對(duì)象等都處在正常狀態(tài)的情況下，適當(dāng)選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù) ( idTT?、 、 )使控制儀表的特性和控制對(duì)象的特性配合，從而使控制系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)，取得最好的控制效果。 （ 3）靜差問題 在穩(wěn)態(tài)時(shí)，各比值控制的閉環(huán)均為定值控制，故系統(tǒng)跟蹤不應(yīng)存在靜差。 干擾對(duì)過程控制的影響主要體現(xiàn)在：系統(tǒng)模型識(shí)別精確性降低、系統(tǒng)模型參數(shù)離散性變大、系統(tǒng)遠(yuǎn)離原模型靜態(tài)工作點(diǎn)、系統(tǒng)工作進(jìn)入非線性區(qū)等。在設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中，若過分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，則可能會(huì)造成系統(tǒng)響應(yīng)遲緩和控制精度較低的后果；反之，若過分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，則又會(huì)使系 統(tǒng)的振蕩加劇，甚至引起不穩(wěn)定。系統(tǒng)響應(yīng)越快，說明系統(tǒng)的輸出復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的能力越強(qiáng)。顯然，不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無法正常工作的。由動(dòng)態(tài)過程可以反映系統(tǒng)內(nèi)在性能的好壞，而常見的評(píng)價(jià)系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標(biāo)也是從動(dòng)態(tài)過程中定義出來的。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 第三章 控制系統(tǒng)的工程整定 對(duì)控制系統(tǒng)性能的要求 在控制過程中，一個(gè)理想的控制系統(tǒng)，始終應(yīng)使其被控量 (輸出 )等于給定值 (輸入 )。 圖 23 微分調(diào)節(jié)階躍響應(yīng) 由圖 23也可以看出，當(dāng)偏差信號(hào)做幅度為 E 的階躍變化時(shí)，微分作用將立即產(chǎn)生，其值為偏差的 KD倍。 式（ 216）是理論上的微分調(diào)節(jié)規(guī)律表達(dá)式，因?yàn)樵谄铍A躍變化時(shí)的瞬間，控制作用將為無窮大量，這是任何物理元件都不可能實(shí)現(xiàn)的。被調(diào)量的變化速度往往反映了對(duì)象流入量與流出量之間的不平衡狀態(tài)，因此對(duì)慣性較大的對(duì)象，在調(diào)節(jié)器中加入微分調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)，無疑將大大改善調(diào)節(jié)過程。由此可見，比例積分調(diào)節(jié)作用具有比例作用及時(shí)和積分作用消除偏差內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 的優(yōu)點(diǎn)，從而克服了單純比例作用時(shí)不能 消除偏差的缺點(diǎn)和單純積分作用控制不及時(shí)的缺點(diǎn)。這表明系統(tǒng)達(dá)到再次穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，被調(diào)量的偏差必然為零。從這一點(diǎn)看，積分調(diào)節(jié)作用是不及時(shí)的。 然而比例調(diào)節(jié)不能保證系統(tǒng)無差，因此對(duì)于一些要求較高的控制（定值調(diào)節(jié) ） 還需 引入積分調(diào)節(jié)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。因?yàn)椴捎帽壤{(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，其輸出的控制作用大小與偏差大小成比例關(guān)系， 一定大小的控制作用是抵消擾動(dòng)的影響、使系統(tǒng)重新穩(wěn)定下來的保證。 由圖可以看出，在 t0 時(shí)刻前，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)； t0 時(shí)刻偏差信號(hào) e(t)發(fā)生階躍變化，對(duì)于定值控制系統(tǒng)，即被調(diào)量產(chǎn)生階躍變化，調(diào)節(jié)輸出控制作用 u(t)將成比例的變化，而且?guī)缀跏峭瑫r(shí)產(chǎn)生的。 比例控制對(duì)控制性能的影響 2211WQK ??1 m a x 1 m a x2 m a x 2 m a xWQk K K??內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 所謂比例調(diào)節(jié)規(guī)律，是指調(diào)節(jié)器輸出的控制作用 u(t)與其偏差輸入信號(hào) e(t)之間成比例關(guān)系， )()( teKtu P? （ 27） 其中， pK 比例增益。流量的非線性檢測(cè)一次儀表有差壓式流量計(jì)、靶式流量計(jì)等。 常見的流量檢測(cè)有： ? 差壓式流量計(jì)通過測(cè)量流動(dòng)過程中兩點(diǎn)的壓力差，然后根據(jù)壓力差與流量關(guān)系實(shí)現(xiàn)流量檢測(cè)； ? 靶式流量計(jì)通過測(cè)量流動(dòng)過程中某一點(diǎn)的靶面壓力，然后根據(jù)靶面壓力與流量關(guān)系實(shí)現(xiàn)流量檢測(cè)； ? 浮子流量計(jì)通過將流動(dòng)過程中某一點(diǎn)處流體引入浮子流量計(jì)，測(cè)量浮子懸浮的高度，然后根據(jù)懸浮高度與流量關(guān)系實(shí)現(xiàn)流量檢測(cè)；橢圓齒輪式容積流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、渦計(jì)流量計(jì)是將該流量計(jì)引入流動(dòng)過程中某一點(diǎn)，測(cè)量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速與流量關(guān)系實(shí)現(xiàn)流量檢測(cè)； ? 電磁流量計(jì)則用于測(cè)量導(dǎo)電液體，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利 用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)量流量。 （ 4）流量大小原則 選擇流量較小的物料作從物料，這樣控制過程中控制閥的開度較小，系統(tǒng)控制靈敏，當(dāng)然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可能也會(huì)小些。 （ 2）不可控原則 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 某物料不可控制時(shí)，該物料選為主物料，其它為從物料。 主從物料的選擇 在比值控制中，主從物料的 選擇影響系統(tǒng)的控制方向、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性及安全性。 （ 1）單閉環(huán)比值控制的選用 當(dāng)要求兩種物料比值精確、恒定；外干擾引起的主流量波動(dòng)變化可以容忍；只有一種物料可控，其它物料不可控制；對(duì)由主流量波動(dòng)引起的副流量波動(dòng)和總生產(chǎn)能力變化沒有限制時(shí)，可選用此方案。 （ 2）當(dāng)從物料量受到干擾發(fā)生波動(dòng)時(shí)， 和單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)及雙閉環(huán)比值控制 系統(tǒng)一樣，調(diào)節(jié)從物料流量，保證主物料 量和從物料量比值不變。通過第三參量的變化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的變比值控制。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 實(shí)際生產(chǎn)過程中，物料按比例輸入并不是最終目的，一般最終目的是生產(chǎn)過程的結(jié)果，如發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，自來水氯氣消毒系統(tǒng)輸出水的質(zhì)量與流量等。 應(yīng)當(dāng)指出，在串級(jí)比值控制系統(tǒng)中流量比值是用第三個(gè)參數(shù)來自動(dòng)校正的。 串級(jí)比值控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，主、副流量恒定，分別將測(cè)量變送器后送至除法器，其輸出即為比值，作為 2()TWs的測(cè)量信號(hào)，此時(shí)主參數(shù) ()Ys也恒定。 圖 18 串級(jí)比值控制 從圖 18可以看出，它的副回路是一個(gè)閉環(huán)比值系統(tǒng)，其比值由除法器來實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)流量比稱為副參數(shù)。 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)適用于主副流量擾動(dòng)頻繁，負(fù)荷變化較大，同時(shí)保證主、副物料總量恒定的生產(chǎn)過程。 圖 17 具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)的雙閉環(huán)比值控制 由以上分析可見雙閉環(huán)控制中，主動(dòng)量控制回路是一定值控制系統(tǒng)，而從動(dòng)量控制回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。 擾動(dòng)消除后， 1Q =R， 2Q ＝ 1Q KW 升降負(fù)荷時(shí)，可改變 R(s) 圖 16 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理框圖 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)自動(dòng)化的要求較高。 通過從動(dòng)控制回路的調(diào)節(jié)控制使從動(dòng)量的實(shí)際值與該輸入值吻合，即從動(dòng)控制量的實(shí)際值與主動(dòng)量變動(dòng)后的數(shù)值相對(duì)應(yīng)，保持主動(dòng)量和從動(dòng)量的比值不變。當(dāng)系統(tǒng)需要升降負(fù)荷時(shí)，只要改變主流量的設(shè)定值，主、副流量就會(huì)按比例同時(shí)增加或減小，從而克服上述單閉環(huán)比值系統(tǒng)的缺點(diǎn)。其工藝流程圖和原理方框圖如圖 15所示。 圖 14 螢石單閉環(huán)比值控制自動(dòng)配料系統(tǒng)框圖 圖中粗線代表物料運(yùn)送，細(xì)線代表控制線路。該控制系統(tǒng)能保證主、副物料的流量比值不變，同時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中應(yīng)用較廣。 （ 2）當(dāng)主物料流量不變，副物料 流量受到擾動(dòng)變化時(shí)，可通過副流量的閉合回路調(diào)整副物料流量使之恢復(fù)到原設(shè)定值，保證主、副物料流量比值一定。 ： （ 1）當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，主、副物料流量的比值恒定。 1()TWs根據(jù)給定值的變化，發(fā)出控制命令以改變調(diào)節(jié)閥的開度，使副流量 2Q 跟隨主流量 1Q 而變化，從而保證原設(shè)定的比值不變。系統(tǒng)原理框圖如圖 13 所示。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是在開環(huán)比值控制系統(tǒng)上增加對(duì)副物料的閉環(huán)控制回路，用以實(shí)現(xiàn)主、副物料的比值保持不變。 （ 1）工藝流程圖 （ 2）原理方框圖 圖 11 開環(huán)比值控制系統(tǒng) 由原理方塊圖我們可以總結(jié)開環(huán)比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)如下： 1）當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，兩物料的流量滿足比值關(guān)系。比值控制系統(tǒng)可籠統(tǒng)分為：開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、 串級(jí)比值及 變比值控制系統(tǒng)等。如果生產(chǎn)上因某種需要對(duì)參數(shù)間的比值進(jìn)行修正時(shí)，需要人工重新設(shè)置新 的比值系數(shù)，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般比較簡(jiǎn)單。 ，也稱為從動(dòng)量 : 另一種隨主物料的變化而成比例地變化 的物料稱為從物料（從動(dòng)量），常用 Q2表示。 Q1與 Q2之間的關(guān)系為 Q2＝ KQ1 （ 11） 式中， K 為比值系數(shù)。 比值控制原理 在煉油、化 工、制藥等許多生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要兩種物料或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系。 為此，我們引入比值控制系統(tǒng)。 比值控制系統(tǒng)定義 工業(yè)中存在著大量按原料配比進(jìn)行生產(chǎn)的過程，要求將原料配比進(jìn)行控制，然而配比的變化往往意味著產(chǎn)品產(chǎn)量下降、質(zhì)量下降、能量浪費(fèi)、物料浪費(fèi)、成本提高、環(huán)境污染、甚至安全事故。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 第一章 比值控制系統(tǒng)概述 在各種生產(chǎn)過程中，經(jīng)常遇到生產(chǎn)工藝要求兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)成一定的比例關(guān)系，一旦比例失調(diào)，就會(huì)影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。 通過以上分析可見，在配料過程中對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的各種原料的比值進(jìn)行控制顯得尤為重要，常用比值控制來解決此類問題。 石油煉制生產(chǎn)過程中，把兩種或兩種以上基礎(chǔ)組分油與各種添加劑按一定比例均 勻混合，從而成為一種新產(chǎn)品的過程稱為調(diào)合。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 引 言 配料系統(tǒng)是許多工業(yè)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 進(jìn)行是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。配 料在工業(yè)過程中廣泛存在，如水泥配料、煤氣混合、油品調(diào)合、配煤、燒結(jié)法煉鋼及氧化鋁、自來水加氯消毒等。它是汽油成品出廠的最后一道工 和煉廠生產(chǎn)成品油的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是保證汽油質(zhì)量指標(biāo)滿足環(huán)保和質(zhì)量規(guī)格要求 重要手段，調(diào)合效益在生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì) 效益中占有舉足輕重的地位。 下面我們就具體介紹比值控制系統(tǒng)。本章主要介紹單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值、串級(jí)比值及變比值的比值控制系統(tǒng)。若助燃空氣輸入不足，煤氣得不到充分燃燒，降低了燃燒效率，造成能源浪費(fèi)，環(huán)境污染，還有可能導(dǎo)致環(huán)境中大量煤氣積存而成為事故隱患；若阻燃空氣過量，過?？諝庥謱⒋罅繜崃恳詮U氣形式排放，造成熱能的大量浪費(fèi)。 這種控制方式在化工、制藥領(lǐng)域中大量存在。由于物料通常是液體，因此稱主動(dòng)量為主流量 Q1 從動(dòng)量為副流內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 量 Q2。 ，也稱為主動(dòng)量 : 在要保持一定比例關(guān)系的物料中，把起主導(dǎo)作用的物料，稱為主物料（主動(dòng)量），因?yàn)樵谶^程控制中經(jīng)常保持比例的參數(shù)是流量，故常用 Q1表示。兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)之間的比值是通過改變比值器的比值系數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，一旦比值系數(shù)確定，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，此比值系數(shù)將保持不變（為常數(shù)），具有這種特點(diǎn)的系統(tǒng)稱為定比值控制系統(tǒng)。凡構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)以下的比值控制系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)單比值控制系統(tǒng)；凡構(gòu)成兩個(gè)閉環(huán)以上的比值控制系統(tǒng)稱為復(fù)雜比值控制系統(tǒng)。其中 FT 為檢測(cè)變送器， FC 為比值控制器。 開環(huán)比值控制是理解比例控制工作機(jī)理的基礎(chǔ)，在實(shí)際工程上很少應(yīng)用。在穩(wěn)定時(shí)，能實(shí)現(xiàn)主、副流量的工藝比值的要求，即 2/ 1Q Q K? (K 為常數(shù) )。當(dāng)主流量 1Q 受到擾動(dòng)時(shí)， 1()TWs則按預(yù)先設(shè)置好的比值使其輸出成比例變化，即改變 2Q 的給定值。可見， 該系統(tǒng)能確保主、副兩個(gè)流量的比值不變，同時(shí)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)又較簡(jiǎn)單，方案實(shí)現(xiàn)起來方便 ,僅用一臺(tái)比值器或比例調(diào)節(jié)器即可，因而在工業(yè)過程自動(dòng)化中廣泛應(yīng)用。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)適用于負(fù)荷變化不大，主流量不可控制，兩種物料間的比值要求較精確的生產(chǎn)過程 。 總之 , 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雖然能保持主、副物料流量比值不變，但是無法控制主物料的流量不變，因此，對(duì)生產(chǎn)過程的生產(chǎn)能力沒有進(jìn)行控制。利用如圖 14所示的單閉環(huán)比值控制的方式可以實(shí)現(xiàn)螢石與石灰石比例的恒定， 達(dá)到了提高水泥質(zhì)量的目的。 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 為了克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中主動(dòng)量不受控制而產(chǎn)生的系統(tǒng)生產(chǎn)能力“失控”狀況，在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，對(duì)主動(dòng)量也設(shè)置了一個(gè)閉環(huán)回路，構(gòu)成對(duì)主、副物料流量都進(jìn)行控制的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。當(dāng)擾動(dòng)消除后，主、副流量都恢復(fù)到原設(shè)定值上，其比值不變，并且主、副流量變化平穩(wěn)。 當(dāng)調(diào)節(jié)主動(dòng)量給定值時(shí)，主動(dòng)量控制回路調(diào)節(jié)主動(dòng)量實(shí)際值和給定值吻合；同時(shí)，根據(jù)主動(dòng)量與從動(dòng)量的比值及新的主動(dòng)量給定值，系統(tǒng)給出從動(dòng)量控制 回路的輸入值。副流量回路：抑制副回 路中的擾動(dòng)，使副流量與主流量成比值 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 關(guān)系。從原理上分析，21( ) /