【正文】 從理論上看，通過計(jì)算來整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)是可行的辦法。顯然，如果控制對(duì)象的運(yùn)行方式不當(dāng)，或者系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案不合理，測(cè)量?jī)x表和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)選型不當(dāng)，安裝質(zhì)量不高等，則無論怎樣整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，也不能滿足調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求。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。（4）微分問題比值控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器不宜采用微分作用。（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。干擾的主要后果是使控制系統(tǒng)處于不穩(wěn)定，甚至使不安全工作狀態(tài)。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。比值控制系統(tǒng)整定主要涉及的問題是穩(wěn)定性、快速性、靜差和微分問題。穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。準(zhǔn)確性是由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之間的差值來表征的，它反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度?？焖傩员砻髁讼到y(tǒng)輸出對(duì)輸入響應(yīng)的快慢程度。一個(gè)能在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用的系統(tǒng)，不僅應(yīng)該是穩(wěn)定的，而且在動(dòng)態(tài)過程中的振蕩也不能太大，否則不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)部件的松動(dòng)和被破壞。如果系統(tǒng)受外作用力后，經(jīng)過一段時(shí)間，其被控量可以達(dá)到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的。對(duì)系統(tǒng)性能的基本要求有三個(gè)方面。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。但是，由于機(jī)械部分質(zhì)量、慣量的存在，電路中儲(chǔ)能元件的存在以及能源功率的限制，使得運(yùn)動(dòng)部件的加速度受到限制，其速度和位置難以瞬時(shí)變化?？梢娢⒎肿饔靡谡{(diào)節(jié)過程的初期，和積分作用恰好相反。從這一點(diǎn)上與比例作用相比，調(diào)節(jié)及時(shí)且作用強(qiáng)。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。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。因此對(duì)象在受到較小的擾動(dòng)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(shí)由于自身動(dòng)作的不靈敏區(qū)的存在而始終不動(dòng)作,這樣，經(jīng)過一段時(shí)間后，偏差將積累成一個(gè)較大的值。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。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。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)。不過在現(xiàn)實(shí)中，積分調(diào)節(jié)規(guī)律很少單獨(dú)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(yáng)各自的特長(zhǎng)，彌補(bǔ)對(duì)方的不足。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。由下式可知： （212）上式表明，控制作用在積分時(shí)間TI越小時(shí)越強(qiáng)。從這一點(diǎn)看，積分調(diào)節(jié)作用是不及時(shí)的。積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)如圖22所示。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)。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)。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。從這一點(diǎn)看，比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)之一就是調(diào)節(jié)及時(shí)、迅速。由圖可以看出，在t時(shí)刻前，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；t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。如=20%，則表明調(diào)節(jié)器輸出變化100%時(shí)，需要其輸入信號(hào)變化20%。 比例控制對(duì)控制性能的影響所謂比例調(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， （27）其中，比例增益。流量和壓力的關(guān)系可概括為： （24） 式中，c為差壓式流量計(jì)的比例系數(shù)，為壓力或壓差。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。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。常見的流量檢測(cè)有：l 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)；l 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)；l 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)； l 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。 比值系數(shù)計(jì)算比值控制系統(tǒng)的控制過程是通過對(duì)主、從動(dòng)量以及第三參量的檢測(cè)與控制實(shí)現(xiàn)的。（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。（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。（2）不可控原則 某物料不可控制時(shí)，該物料選為主物料，其它為從物料。實(shí)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。 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。（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。（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。 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。（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。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(hào)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。通過第三參量的變化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的變比值控制。當(dāng)?shù)谌齾⒘侩S輸入物料的配比不同變化時(shí)，對(duì)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。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。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)。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。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。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，作為的測(cè)量信號(hào)，此時(shí)主參數(shù)也恒定。稱為第三個(gè)參數(shù)或主參數(shù)（質(zhì)量指標(biāo)）。 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)。 串級(jí)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(shí)現(xiàn)兩種物料流量間的定比值控制，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中其比值系數(shù)是不變的。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。（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。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)。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。 擾動(dòng)消除后，=R，＝ 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。其中，主流量回路：克服主流量擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其定值控制。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。因此，因擾動(dòng)而發(fā)生的主動(dòng)量和從動(dòng)量波動(dòng)利用各自控制回路分別實(shí)現(xiàn)實(shí)際值與給定值吻合，從而保證主、副物料流量的比值恒定。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)。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。其工藝流程圖和原理方框圖如圖15所示。比值系數(shù)為兩物料重量之比。 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。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(dòng)連續(xù)地?fù)郊游炇?。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。（4）當(dāng)主、副物料流量同時(shí)受到擾動(dòng)變化時(shí)，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(shí)，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。（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。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。：（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。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。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