【正文】 動(dòng)量以及第三參量的檢測(cè)與控制實(shí)現(xiàn)的。 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(jì)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(jì)算及調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定。當(dāng)、出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，副回路可以很快動(dòng)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(dòng)對(duì)主參數(shù)的影響。如圖17所示為引入“動(dòng)態(tài)補(bǔ)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(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)應(yīng)具有超前特性。比值系數(shù)為兩物料重量之比。它不但可以實(shí)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(duì)比值的影響。 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(jiǎn)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。 通常，在兩個(gè)需要保持一定比例關(guān)系的物料中，一個(gè)是主動(dòng)量或關(guān)鍵量，另一個(gè)是從動(dòng)量或輔助量。配料精度的高低制約著整個(gè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，所以應(yīng)對(duì)配料過程的控制給予足夠重視。油品調(diào)合主要是指汽油、柴油、潤(rùn)滑以及原油等的調(diào)合。在過程控制中，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)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)。兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)之間的比值不是一個(gè)常數(shù)，而是根據(jù)另一個(gè)參數(shù)的變化而不斷的修正，具有這種特點(diǎn)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。當(dāng)主流量不變、而副流量受到擾動(dòng)時(shí)，則可通過副流量的閉合回路進(jìn)行定值控制?！纠?1】利用單閉環(huán)比值隨動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)中螢石自動(dòng)配料。如圖16所示雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理框圖。它的主回路也是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，由的反饋構(gòu)成，為變比值信號(hào)，即單閉環(huán)比值系統(tǒng)的給定值。主動(dòng)量和從動(dòng)量經(jīng)檢測(cè)、變送后送入除法器相除，除法器的輸出即為它們的比值，同時(shí)又是比值控制器的測(cè)量值。不可控物料不能利用物料量調(diào)節(jié)構(gòu)成反饋控制閉環(huán)，所以不宜選為從物料。比例調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)： （28）工程中，常用比例帶來描述其控制作用的強(qiáng)弱，即 （29）其物理意義是在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位移改變100%時(shí)，被調(diào)量應(yīng)有的改變量。只要偏差信號(hào)存在，調(diào)節(jié)器輸出旨在消除對(duì)系統(tǒng)影響的控制作用就一直增加，且其增長(zhǎng)的速度始終為初始速度。實(shí)際的微分調(diào)節(jié)規(guī)律具有慣性，傳遞函數(shù)為下式： （217）式中TD微分時(shí)間；KD微分增益?？焖傩允峭ㄟ^動(dòng)態(tài)過程時(shí)間長(zhǎng)短來表征的，過程時(shí)間越短，表明快速性越好，反之亦然。因?yàn)楸戎悼刂葡到y(tǒng)對(duì)象一般都是流量對(duì)象，滯后時(shí)間都比較小。臨界比例帶的具體步驟是：1） 將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，即；置微分時(shí)間；置比例帶于一個(gè)較大的值。經(jīng)驗(yàn)法如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運(yùn)行中經(jīng)常受到擾動(dòng)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。⑵ 將積分時(shí)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。在火電廠中，DEH(汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng))是汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的神經(jīng)中樞，該系統(tǒng)性能只能通過動(dòng)態(tài)過程才能反映出來。對(duì)于最小相位系統(tǒng)：當(dāng)相角裕度Pm0176。 [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(dòng)量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)頻域性能指標(biāo)。 圖43 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖43所示。圖48 ，時(shí)，主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)Simulink框圖 圖49 ，時(shí)，主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線可見，此時(shí)仍存在小的超調(diào)，還不夠理想。雙閉環(huán)比值控制過程相當(dāng)于從動(dòng)量隨主動(dòng)量變化的隨動(dòng)控制過程。綜上分析，我們也驗(yàn)證了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在控制過程中，若主動(dòng)量受到干擾發(fā)生波動(dòng)，則主動(dòng)量回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使主動(dòng)量始終穩(wěn)定在給定值附近，同時(shí)從動(dòng)量控制回路也會(huì)隨主動(dòng)量的波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)從動(dòng)量受到擾動(dòng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，從動(dòng)量控制回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使從動(dòng)量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動(dòng)控制回路不受從動(dòng)量波動(dòng)的影響。同時(shí)也對(duì)比值控制系統(tǒng)有了一定程度的了解，使我能夠把所學(xué)過的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中。這樣就達(dá)到了許多生產(chǎn)上的要求，并且雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。如圖424為雙閉環(huán)系統(tǒng)主、從動(dòng)量加入階躍隨機(jī)擾動(dòng)的Simulink框圖，其仿真的結(jié)果圖如圖425所示。 圖416 ，時(shí)，從動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)Simulink框圖圖417 ，時(shí)，從動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線可見，此時(shí)仍存在小的超調(diào)，還不夠理想。主動(dòng)量閉環(huán)控制系統(tǒng)Simulink框圖如圖46所示，其閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)如圖47所示。在執(zhí)行以下語(yǔ)句： margin(G12)我們可得到從動(dòng)量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)Bode圖如圖42所示 圖42 從動(dòng)量無調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng)Bode圖由從動(dòng)量無調(diào)節(jié)器開環(huán)系統(tǒng)Bode圖可知，系統(tǒng)幅值裕度Gm=，相角裕度Pm=176。 G1=tf(num1,den1)。這種老辦法要耗費(fèi)大量的時(shí)間、精力，而且計(jì)算數(shù)據(jù)的精確度還不一定能夠得到保證。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(fèi)用也大。 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(dòng)量控制回路是跟隨主動(dòng)量而變化的隨動(dòng)系統(tǒng)。表32 衰減曲線法計(jì)算公式規(guī)律PPIPID — —— 規(guī)律 PPIPID — ——3）按計(jì)算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，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。因此，計(jì)算還是有必要的。因此，在干擾較大的場(chǎng)合，如工業(yè)過程的現(xiàn)場(chǎng)，控制系統(tǒng)應(yīng)有足夠的穩(wěn)定裕量。穩(wěn)定性是這樣來表述的：系統(tǒng)受到外作用后，其動(dòng)態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。微分調(diào)節(jié)作用的大小僅與偏差信號(hào)的變化速度有關(guān)，而與偏差值大小無關(guān)。積分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出控制作用u(t)與其偏差輸入信號(hào)e(t)隨時(shí)間的積累值成正比，即 （210）其傳遞函數(shù)形式： （211）式中積分時(shí)間。該類流量計(jì)利用壓力測(cè)量流量。主從物料的確定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要一步，主要依循以下原則：（1）貴重原則 對(duì)有顯著貴賤區(qū)別的物料，應(yīng)選擇貴重物料為主物料。 因此，在生產(chǎn)過程中，往往要對(duì)除了輸入物料以外的第三參量進(jìn)行控制。如果沒有這個(gè)要求，兩個(gè)單獨(dú)的閉環(huán)控制系統(tǒng)也能使兩個(gè)流量保持比例關(guān)系，僅僅在動(dòng)態(tài)過程中，比例關(guān)系不能保證。（1）工藝流程圖 （2）原理方框圖圖15 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)工作時(shí)，若主動(dòng)量受到干擾發(fā)生波動(dòng)，則主動(dòng)量回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使主動(dòng)量始終穩(wěn)定在給定值附近，同時(shí)從動(dòng)量控制回路也會(huì)隨主動(dòng)量的波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)從動(dòng)量受到擾動(dòng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，從動(dòng)量控制回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使從動(dòng)量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動(dòng)控制回路不受從動(dòng)量波動(dòng)的影響。（3）當(dāng)主物料流量受到擾動(dòng)變化，而副物料不變時(shí)，則按預(yù)先設(shè)置好的比值使比值器輸出成比例變化，即改變給定值，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，使副流量跟隨主流量而變化，從而保證原設(shè)定的比值不變。工藝流程圖及原理框圖如圖12所示。：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(shí)際采用的比值控制方案也不同。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。工業(yè)生產(chǎn)中，常用比值控制策略來實(shí)現(xiàn)各種物料的配比控制。為此，我們引入比值控制系統(tǒng)。 比值控制系統(tǒng)特點(diǎn) 比值控制系統(tǒng)的特征: 是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上物料保持一定比例關(guān)系。3）當(dāng)從動(dòng)量受到外界干擾（如溫度、壓力擾動(dòng)）波動(dòng)時(shí)，由于是開環(huán)控制，沒有調(diào)節(jié)從動(dòng)量自身波動(dòng)的環(huán)節(jié)，也沒有調(diào)整主動(dòng)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(duì)此無能為力。當(dāng)受到擾動(dòng)時(shí)，輸出變化，跟隨變化，保證原設(shè)定的比值不變。主流量控制回路能克服主流量擾動(dòng)，實(shí)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(dòng)，使副流量與主流量成比值關(guān)系。（2）系統(tǒng)更易于調(diào)節(jié)當(dāng)需要改變主動(dòng)量的設(shè)定值時(shí)，主動(dòng)量控制回路通過調(diào)節(jié)控制使主動(dòng)量的輸出值改變?yōu)樾略O(shè)定值，同時(shí)從動(dòng)量也將隨主動(dòng)量按給定比值變化。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(duì)比值的要求大為降低，具有按主參數(shù)反饋?zhàn)詣?dòng)校正比值系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。（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(dòng)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(shí)，可選用雙閉環(huán)比值控制方案。該類儀表的流量測(cè)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(cè)量值，如轉(zhuǎn)速、高度等。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(diǎn)。對(duì)于定值控制系統(tǒng)，偏差信號(hào)的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即 （215）式中Td微分時(shí)間。所謂動(dòng)態(tài)過程就是指系統(tǒng)受到外加信號(hào)(給定值或擾動(dòng))作用后，被控量隨時(shí)間變化的全過程。對(duì)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(dòng)問題。由于這些原因，各種計(jì)算結(jié)果只能是近似的，只宜作參考依據(jù)。應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次試驗(yàn)，直到過渡過程曲線出現(xiàn)4:1的衰減過程，對(duì)于的調(diào)節(jié)過程也是一樣的做上述試驗(yàn)，直到出現(xiàn)10:1的衰減過程。保持比例帶不變修改積分時(shí)間，同樣反復(fù)試湊直到滿意為止。㈢ 變比值控制系統(tǒng) 變比值控制系統(tǒng)，又可稱為串級(jí)比值控制系統(tǒng)，它具有串級(jí)控制系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，仿效串級(jí)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(dòng)量調(diào)節(jié)器）可按單閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行整定。頻域分析里主要用到三種曲線：Bode圖，Nyquist曲線，Nichols曲線。① 主動(dòng)量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。 G2=tf(num2,den2)。其階躍響應(yīng)等幅振蕩如圖45所示。 圖414 臨界曲線整定后從動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)Simulink框圖圖415 整定后從主動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線可見，系統(tǒng)有約50%以上的超調(diào)量，系統(tǒng)響應(yīng)較快，且無常值偏差。初始時(shí)間從動(dòng)量即跟隨主動(dòng)量，且從動(dòng)量跟隨主動(dòng)量時(shí)波動(dòng)較小。上述設(shè)計(jì)的雙閉