第7章比值控制系統(tǒng)

1、第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink過程控制工程及仿真基于MATLAB/Simulink電子工業(yè)出版社 出版 2009.4作者：郭陽寬 王正林聯(lián)系郵箱：wa_第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simul

2、ink本章內(nèi)容與本章內(nèi)容與 目錄目錄7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識 7.1.1 比值控制系統(tǒng)特點 7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型 7.1.3 比值系數(shù)計算7.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計 7.3 綜合仿真實例本章小結(jié) 本章描述了比值控制的基本概念，介紹了比值控制的基本特點、比值控制系統(tǒng)的設(shè)計及其控制器參數(shù)整定等基礎(chǔ)知識，并通過實例仿真進行了各類比值控制系統(tǒng)設(shè)計及整定。 通過本章，讀者對比值控制的基本概念、特點和設(shè)計方法有較為全面的認(rèn)識，并通過仿真深化對比值控制的理解。第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制

3、工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.1 比值控制系統(tǒng)特點 21QKQ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。 1. 主物料，也稱為主動量: 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。2. 從物料，也稱為從動量: 另一種隨主物料的變化而成比例地變化的物料3. 在過程控制中經(jīng)常保持比例的參量是流量，故常用下式表示第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于M

4、ATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2 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。比值控制系統(tǒng)分為：1. 開環(huán)比值控制系統(tǒng)； 2. 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)； 3. 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)； 4. 變比值控制系統(tǒng)等。第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink

5、7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型1開環(huán)比值控制系統(tǒng)（1）工藝流程圖；（2）原理方框圖 圖7.2 開環(huán)比值控制系統(tǒng) 工藝流程圖和原理方框圖如圖7.2所示。 第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型1開環(huán)比值控制系統(tǒng)1）當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時，兩物料的流量滿足比值關(guān)系。2）當(dāng)主動量受到干擾而發(fā)生變化時，系統(tǒng)通過比值

6、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。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。開環(huán)比值控制是理解比例控制工作機理的基礎(chǔ)，在實際工程上很少應(yīng)用。 第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2

7、 比值控制系統(tǒng)的類型2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)上增加對副物料的閉環(huán)控制回路，用以實現(xiàn)主、副物料的比值保持不變。工藝流程圖及原理框圖如圖7.3所示。 第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的四種工作情況：（1）當(dāng)在系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時，主、副物料流量的比值恒定。（2）

8、當(dāng)主物料流量不變，副物料流量受到擾動變化時，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。（3）當(dāng)主物料流量受到擾動變化，而副物料不變時，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。（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。 總之, 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雖然能保持主、副物料流量

9、比值不變，但是無法控制主物料的流量不變，因此，對生產(chǎn)過程的生產(chǎn)能力沒有進行控制。該控制系統(tǒng)能保證主、副物料的流量比值不變，同時，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中應(yīng)用較廣。第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)【例7-1】 利用單閉環(huán)比值隨動控制實現(xiàn)水泥生產(chǎn)中螢石自動配料。水泥生產(chǎn)中，為了降低水泥中fCaO（游

10、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?。利用如圖7.4所示的單閉環(huán)比值控制的方式可以實現(xiàn)螢石與石灰石比例的恒定，達到了提高水泥質(zhì)量的目的。圖7.4 螢石單閉環(huán)比值控制自動配料系統(tǒng)框圖。圖中粗線代表物料運送，細(xì)線代表控制線路。其中，控制中以石灰石為主動量，螢石為從動量。比值系數(shù)為兩物料重量之比。(具體內(nèi)容請參閱教材)第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simu

11、link7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型3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，若主動量受到干擾發(fā)生波動，則主動量回路對其進行定值控制，使主動量始終穩(wěn)定在給定值附近，同時從動量控制回路也會隨主動量的波動進行調(diào)整；當(dāng)從動量受到擾動發(fā)生波動時，從動量控制回路對其進行定值控制，使從動量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動控制回路不受從動量波動的影響。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。當(dāng)調(diào)節(jié)主動量給定值時，主動量控制回路調(diào)節(jié)主動量實際值和給定值吻合；同時，根據(jù)主動量與從動量的比值及新的主動量給定值

12、，系統(tǒng)給出從動量控制回路的輸入值。通過從動控制回路的調(diào)節(jié)控制使從動量的實際值與該輸入值吻合，即從動控制量的實際值與主動量變動后的數(shù)值相對應(yīng)，保持主動量和從動量的比值不變。第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)可見主動量控制回路是一定值控制系統(tǒng)，而從動量控制回路是一個隨動控制系統(tǒng)。和單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)比值控

13、制系統(tǒng)的突出優(yōu)點如下：（1）控制系統(tǒng)更為穩(wěn)定對主動量的定值控制克服了干擾對主動量的影響，因此主動量變化平穩(wěn)，從動量也將平穩(wěn)，進而系統(tǒng)的總物料流量穩(wěn)定，更好地滿足了生產(chǎn)工藝要求。（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。因此，當(dāng)需要調(diào)整負(fù)荷時，只要改變主動量回路控制器的給定值，就可同步調(diào)整主動量和從動量，并保持主動量和從動量的比值不變。第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLA

14、B/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型【例7-2】 雙閉環(huán)比值控制在磷酸二銨生產(chǎn)中的運用3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)(具體內(nèi)容請參閱教材)第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型4變比值控制系統(tǒng)FTFC從流量Q2主物料從物料主對象主流量Q1圖5.4

15、 變比值控制系統(tǒng)（1）工藝圖；（2）控制方框圖給定值Q1（1）FT變送器流量檢測+-YC主控制器比值控制器除法器主對象副流量對象+-副流量控制閥變送器流量檢測變送器檢測干擾（2）干擾FTFC從流量Q2主物料從物料主對象主流量Q1圖5.4 變比值控制系統(tǒng)（1）工藝圖；（2）控制方框圖給定值Q1（1）FT變送器流量檢測+-YC主控制器比值控制器除法器主對象副流量對象+-副流量控制閥變送器流量檢測變送器檢測干擾（2）干擾Q2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)有一個共同的特點：通過控制系統(tǒng)維持物料的供應(yīng)比值恒定，保證生產(chǎn)過程的正常進行。實際生產(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

16、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。因此，在生產(chǎn)過程中，往往要對除了輸入物料以外的第三參量進行控制。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如圖7.7所示。第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型Q2可見，變比值

17、控制是一種內(nèi)外環(huán)嵌套的復(fù)合控制，內(nèi)環(huán)控制從物料的變化，外環(huán)控制第三參量的變化。通過第三參量的變化實現(xiàn)系統(tǒng)的變比值控制。主動量和從動量經(jīng)檢測、變送后送入除法器相除，除法器的輸出即為它們的比值，同時又是比值控制器的測量值。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。當(dāng)主物料量受到干擾發(fā)生波動時，除法器輸出要發(fā)生改變，從物料控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)從物料控制閥門開度，使從動量也發(fā)生變化，保證主物料量和從物料量比值不變。當(dāng)從物料量受到干擾發(fā)生波動時，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

18、，保證主物料量和從物料量比值不變。當(dāng)主被控對象（即第三參量）受到干擾引起被控發(fā)生變化時，主控制器的輸出將發(fā)生變化，也就是改變了比值控制器的設(shè)定值，即改變了主、從物料的比值?！纠?-3】 變比值控制系統(tǒng)在硝酸銨中和反應(yīng)中的應(yīng)用。利用氨和硝酸中和反應(yīng)生產(chǎn)硝酸銨的流程如圖7.8所示。4變比值控制系統(tǒng)(具體內(nèi)容請參閱教材)第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.3 比

19、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。一個物理量通常多種檢測方式，不同檢測方式的比值系數(shù)計算方法也有相應(yīng)的差別。常見的流量檢測有：差壓式流量計通過測量流動過程中兩點的壓力差，然后根據(jù)壓力差與流量關(guān)系實現(xiàn)流量檢測；靶式流量計通過測量流動過程中某一點的靶面壓力，然后根據(jù)靶面壓力與流量關(guān)系實現(xiàn)流量檢測；浮子流量計通過將流動過程中某一點處流體引入浮子流量計，測量浮子懸浮的高度，然后根據(jù)懸浮高度與流量關(guān)系實現(xiàn)流量檢測；橢圓齒輪式容積流量計、渦輪流量計、渦計流量計是將該流量計引入流動過程中某一點，測量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速與流量關(guān)系實現(xiàn)流量檢測；電磁流量計則

20、用于測量導(dǎo)電液體，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用感應(yīng)電動勢測量流量。第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.3 比值系數(shù)計算QcW2211WQKWQ1max0 Q2max0 Q1max1max2max2maxWQkKKWQ綜合分析各種檢測方式，可把檢測方法分為線性檢測和非線性檢測兩種：1線性檢測法的比值系數(shù)計算 流量的線性檢測一次儀表有浮子流量計、橢圓齒輪式容積流量計

21、、渦輪流量計、渦計流量計等。該類儀表的流量測量原理可概括為：按比值系數(shù)公式得若對應(yīng)變送器的測量范圍（或稱比值控制器輸入端的主、從物料信號范圍）分別為和則折算成比值控制器的比值系數(shù)為第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.1.3 比值系數(shù)計算【例7-4】 計算“例7-1利用單閉環(huán)比值隨動控制實現(xiàn)水泥生產(chǎn)中螢石自動配料”的比值系數(shù)。工藝所要求的石灰石、螢石兩物料的比值

22、是重量之比，實際兩物料經(jīng)稱重傳感器測出的是相應(yīng)的重量流量，而控制系統(tǒng)中所體現(xiàn)的參數(shù)與參數(shù)之間的關(guān)系是相應(yīng)的電信號。因此，比值系數(shù)的計算就是把工藝上要求的流量比折算成在控制系統(tǒng)對應(yīng)的電信號之比。(具體內(nèi)容請參閱教材)第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計 7.2.1 系統(tǒng)選用原則 7.2.2 主從物料的選擇 7.2.3 比值控制系統(tǒng)工程整定 7

23、.3 綜合仿真實例本章小結(jié)7.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計 本節(jié)主要講述比值控制系統(tǒng)中的比值控制方式選擇原則、主從物料的選擇原則及比值控制的工程整定方法。第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計比值控制有多種控制方案，具體選用適應(yīng)分析各種方案的特點，根據(jù)不同的工藝情況、負(fù)荷變化、擾動性質(zhì)、控制要求等進行合理選擇。（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

24、的主流量波動變化可以容忍；只有一種物料可控，其它物料不可控制；對由主流量波動引起的副流量波動和總生產(chǎn)能力變化沒有限制時，可選用此方案。該方案實現(xiàn)起來方便，僅用一只比值器或比例調(diào)節(jié)器即可。（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。（3）變比值控制選用 當(dāng)兩種物料流量的比值與主被控制量（主動量和從動量之外的第三參量）有內(nèi)在關(guān)系，需要根據(jù)主動量的測得值和主被控制量的給定值調(diào)整主從物料流量的比值實現(xiàn)對主被控制量給定值的跟蹤控制（或

25、定值控制）時，應(yīng)選用變比值控制方案。 7.2.1 系統(tǒng)選用原則第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計在比值控制中，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)濟性及安全性。主從物料的確定是控制系統(tǒng)設(shè)計的首要一步，主要依循以下原則：（1）貴重原則 對有顯著貴賤區(qū)別的物料，應(yīng)選擇貴重物料為主物料。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。這樣可以

26、充分利用貴重物料以合理成本完成生產(chǎn)過程。（2）不可控原則 某物料不可控制時，該物料選為主物料，其它為從物料。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。（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。此類在諸物料中起主導(dǎo)作用的物料應(yīng)選擇為主物料，其它物料選為從物料。（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)可能也會小些。（5）工藝需要原則 生產(chǎn)控制過程必須按相應(yīng)的工藝過程進行，主從物料的選擇也必須符合生產(chǎn)工藝的要求。 7

27、.2.2 主從物料的選擇第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計工程整定主要包括控制器形式的選擇、比值控制系統(tǒng)整定的總體原則以及各種比值控制方式的整定方法。1控制器形式的選擇比值控制系統(tǒng)的整定主要是控制器的形式及參數(shù)的確定。雖然現(xiàn)在正在研究各種先進的控制算法，同時也有不少先進算法應(yīng)用到過程控制中，但至今占過程控制90%以上份額的控制系統(tǒng)仍然采用PID控制調(diào)節(jié)器。PID控制

28、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便、抗干擾能力強、方法成熟可靠?？梢哉f是“久經(jīng)考驗”。所以，本書的比值控制系統(tǒng)中也采用PID控制調(diào)節(jié)器。也就是說，比值控制系統(tǒng)的整定討論的是PID參數(shù)的確定問題。不同的場合對系統(tǒng)控制品質(zhì)的要求不同，即應(yīng)對不同場合選擇不同的PID參數(shù)實現(xiàn)控制系統(tǒng)所要求的性能。PID參數(shù)的整定方法及其特點可參見本書第2章。 7.2.3 比值控制系統(tǒng)工程整定第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulin

29、k7.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計7.2.3 比值控制系統(tǒng)工程整定2整定的總體原則比值控制系統(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。（1）穩(wěn)定問題 穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)正常工作的首要條件。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。干擾對過程控制的影響主要體現(xiàn)在：系統(tǒng)模型識別精確性降低、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、系統(tǒng)工作進入非線性區(qū)等。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)。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。（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。（3）靜差問題在穩(wěn)態(tài)時，各比值

30、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。（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。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。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。 第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計7.2.3 比值控制系統(tǒng)工程整定3工程整定法（一）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

31、系統(tǒng)。因此，要求反映快速、準(zhǔn)確。故應(yīng)采用PI控制方式，并將過渡過程整定成非周期臨界情況，這時過渡過程既不振蕩反應(yīng)又快?？刂破鲄?shù)的整定步驟可歸納如下：（1）根據(jù)工藝要求的流量比值K，求得比值系數(shù)。（2）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。（3）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。（二）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主流量控制環(huán)實現(xiàn)定值控制，從流量控制環(huán)實現(xiàn)自身的穩(wěn)定控制和對主流量變化的跟蹤，從而實現(xiàn)主、從流量的比值恒定。因此，兩閉環(huán)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選擇PI控制規(guī)律

32、，而且應(yīng)使從流量控制環(huán)響應(yīng)較主流量控制環(huán)快，這樣從流量控制系統(tǒng)才有能跟上主流量的變化，保證主、從流量比值恒定。主、從控制回路都應(yīng)將過渡過程整定成非周期臨界情況。另外，這樣整定參數(shù)也防止了從動量回路共振問題。因為從動量回路通過比值器和主動量回路發(fā)生聯(lián)系。主動量的變化必然引起從動量回路控制器設(shè)定值的變化，如果主動量的變化頻率接近從動量回路的工作頻率時，則有可能引起從動量回路的共振，以致系統(tǒng)的控制品質(zhì)變壞。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。（三）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，

33、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。 第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計7.3 綜合仿真實例 7.3.1 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)仿真 7.3.2 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)仿真 7.3.3 變比值控制系統(tǒng)仿真 7.3.4參數(shù)攝動對系統(tǒng)影響仿本章小結(jié) 7.3 綜合仿真實例對實際系統(tǒng)的仿真可分成系統(tǒng)辨識

34、（即系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型辨識，主要包括被控對象及執(zhí)行機構(gòu)等）、穩(wěn)定性分析、控制策略選擇及閉環(huán)參數(shù)整定、系統(tǒng)運行仿真等幾個步驟。對系統(tǒng)的辨識主要是對執(zhí)行機構(gòu)（如控制閥）、控制對象、檢測及變送環(huán)節(jié)作為一個物理系統(tǒng)進行辨識。一般檢測及變送環(huán)節(jié)均可看成是比例環(huán)節(jié)，執(zhí)行機構(gòu)和控制對象較復(fù)雜。常見的模型結(jié)構(gòu)及其建模方法見本書前面章節(jié)所示。鑒于實際系統(tǒng)的客觀復(fù)雜性以及采用PID閉環(huán)控制的魯棒性，一般來說，在模型的識別中沒有必要過分強調(diào)模型的精確性。 第7章比值控制系統(tǒng) 過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于過程控制工程及仿真基于MATLAB/SimulinkMATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink 7.3 綜合仿真實例7.3.1 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)仿真單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的特點是在保持主動量和從動量比值關(guān)系的前提下，構(gòu)成從動量閉合回路，使從動量跟隨主動量變化。這樣控制系統(tǒng)只控制從動量的變化而對主動量的變化未加控制。因此，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)適用于主動量變化不大的場合。對于跟隨主動量變化控制給定值的從動量隨動控制系統(tǒng)