過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用教案2

1、過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用教案第二章 過程裝備控制基礎(chǔ)第 15 頁 共 15 頁第二章 過程裝備控制基礎(chǔ)2.1 被控對象的特性被控對象的特性就是當(dāng)被控對象的輸入變量發(fā)生變化時(shí),其輸出量隨時(shí)間變化規(guī)律,對一個(gè)控對象來說,其輸出變量就是控制系統(tǒng)的被控變量,而輸入變量則是控制系統(tǒng)的操縱變量和干擾作用。通道：被控對象輸入變量和輸出變量之間的聯(lián)系稱為通道?？刂仆ǖ溃翰倏v變量與被控變量之間的聯(lián)系稱為控制通道。干擾通道：干擾作用與被控變量之間的聯(lián)系稱為干擾通道。2.1.1 被控對象的數(shù)學(xué)描述 根據(jù)被控對象的特點(diǎn)，利用有關(guān)的定理、定律建立相應(yīng)的微分方程，得到被控變量的數(shù)學(xué)表示式。 下面以水槽液

2、位對象為例，分析被控對象的數(shù)學(xué)描述式。（1）單容液位對象有自衡特性的單容對象輸出變量為液位H，水槽流入量，水槽流出量。、均為體積流量。，A為水槽的橫截面積。所以靜態(tài)情況，；變化、液位H將隨之變化，水槽出口的靜壓隨之變化，流出量亦發(fā)生變化，認(rèn)為流出量與液位H成正比關(guān)系，而與出水閥的水阻成反比關(guān)系：即。在討論被控對象的特性時(shí)，所研究的是未受任何人為控制的被控對象，所以出水閥開度不變，阻力為常數(shù)。由此可得令，得該微分方程是一個(gè)一階常系數(shù)微分方程式。通常將這樣的被控對象叫做一階被控對象，T稱為時(shí)間常數(shù)，K稱為被控對象的放大系數(shù)。當(dāng)輸入流量為時(shí)，液位高度保持不變，。當(dāng)輸入流量為時(shí)，液位高度隨時(shí)間變化，符

3、合以上微分方程。因?yàn)?，所以由此可得所以解得?dāng)時(shí)，無自衡特性的單容對象  其流量由泵控制，則該控制系統(tǒng)具有無自衡特性，泵的出口流量不隨液位變化而變化。這類被控對象除必須施加控制外，還常常高有自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。（2）雙容液位對象  雙容水槽是兩個(gè)串聯(lián)在一起的水槽，它們之間的連接管具有阻力，因此兩者液位不同，圖見P18水槽1的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系：水槽2   變化量極小時(shí)，水流出量與液位的關(guān)系近似為：將上兩式代入2并求微分后，經(jīng)整理得到：將上式代入3 整理得這樣的控制對象叫做二階被控對象2.1.2被控制地象的特性參數(shù)描繪被控對象特性的參數(shù)有放大系數(shù)K，時(shí)間常數(shù)T和滯后時(shí)間

4、T（1）放大系數(shù)K放大系數(shù)又稱靜態(tài)增益是被控重新達(dá)到平衡狀態(tài)的辦輸出變化量與輸入 變化量之比。放大系數(shù)的幾個(gè)一般性結(jié)論：1放大系數(shù)K表達(dá)了被控對象在干擾作用下重新達(dá)到平衡的性能，是不隨時(shí)間變化的參數(shù)，K是被控對象的靜態(tài)特性參數(shù)。2在相輸入變化量作用下，被控對象的K越大，輸出變化量就越大，即輸入 地輸出 的影響越大，被控對象的自身穩(wěn)定性就越差；反之，K越小，被控對象的穩(wěn)定性就越好。線性對象：K在任何輸入變化情況下都有是常靈敏的被控對象稱為線性對象。非線性對象：輸入不同的變化量其放大系數(shù)不為常數(shù)的被控對象稱為非線性對象。（2）時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)反映了被控對象受到輸入作用后，輸出變量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值的快慢

5、，它決定了整個(gè)動(dòng)態(tài)過程長短。它是被對象的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。  處于不同通道的時(shí)間常數(shù)的對控制系統(tǒng)的影響是不一樣的。加以分析理解。（3）滯后時(shí)間  滯后現(xiàn)象：被控對象受到輸入變量作用后，其被控變量并不立即發(fā)生變化，而是過一段時(shí)間方發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫滯后現(xiàn)象。滯后時(shí)間性是描繪滯后現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)參數(shù)。根據(jù)滯后性質(zhì)的不同可分為傳遞滯后和容光煥發(fā)量滯后兩種傳遞滯后T：又叫純滯后，是由于信號的傳輸，介質(zhì)的輸送或熱的傳遞要經(jīng)過一段時(shí)間而且產(chǎn)生的常用T表示。容量滯后T：一般是由于物料或能量的傳遞過程中受到一定的阻力而且引起的，或者說是由于容量數(shù)目多而產(chǎn)生的。 一般用容量滯后時(shí)間T來表征其滯后的程

6、度，其主要特征是當(dāng)輸入階躍作用后，被控對象的輸出就是開始變化很慢，然后逐漸加快，接著又慢，直至逐漸接近穩(wěn)定值。容量滯后時(shí)間T就是在響應(yīng)曲線的拐點(diǎn)處切線，切線與時(shí)間軸的交點(diǎn)。與被控變量開始變化的起點(diǎn)之間的時(shí)間的隔就是容量滯后時(shí)間T  傳遞滯后和容量滯后的本質(zhì)是不同的，但實(shí)際上很維區(qū)分，當(dāng)兩者同時(shí)存在時(shí)，通常反這兩種滯后時(shí)間加在一起，統(tǒng)稱為滯后時(shí)間性，用T表示，即T=T+T。分析并理解滯后時(shí)間對窯通道，干擾通道的影響作用。2.1.3對象特性的實(shí)驗(yàn)測定對象特性的兩種求取方法：一種是從工藝過程的彎機(jī)理出發(fā)，寫出各有關(guān)的平衡議程，進(jìn)而且領(lǐng)導(dǎo)出被控?cái)?shù)學(xué)模型，得出其特性參數(shù)，再結(jié)合實(shí)際進(jìn)行理論分析

7、，就是所謂數(shù)學(xué)方法；另一種是通過對被控對象實(shí)驗(yàn)測試求出其特性參數(shù)，即所謂的實(shí)驗(yàn)測定法。  在工程上常用實(shí)驗(yàn)方法測定對象的動(dòng)態(tài)特性，原因如下：（3點(diǎn)）1對象的動(dòng)態(tài)特性雖可運(yùn)用流動(dòng)、蒸發(fā)、化學(xué)反應(yīng)、傳熱、吸引等特理化學(xué)基礎(chǔ)理論來推導(dǎo)求解，但由于具體對象的物理化學(xué)過程是復(fù)雜的，在數(shù)學(xué)推導(dǎo)過和中必須作許多假設(shè)和簡化，推導(dǎo)的結(jié)果尚需實(shí)驗(yàn)測試來驗(yàn)證；2實(shí)際工業(yè)對象的機(jī)理很復(fù)雜，有時(shí)甚至很難用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)，這時(shí)只能用實(shí)驗(yàn)方法來測定；3有許多被控對象的特性在運(yùn)行過程中會隨工沉變化而且改變，或隨其他因素而改變，為了提高控制系統(tǒng)的品質(zhì)，有時(shí)需采用直整定控制或直適應(yīng)控制，這種系統(tǒng)就非得在這運(yùn)行過程中用實(shí)驗(yàn)

8、主法測定對象的動(dòng)態(tài)特性不可。被控對象的實(shí)驗(yàn)測定法，就是給所要研究的對象人為地輸入 一個(gè)擾動(dòng)信號，然后測取被控對象輸出變量隨時(shí)間的變化規(guī)律，得出一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線，這些數(shù)數(shù)據(jù)和曲線就表征不一定的被控對象特性。介紹兩種常用的實(shí)驗(yàn)測定方法：（1）響應(yīng)曲線法（階躍響應(yīng)曲線法）響應(yīng)曲線法就是用實(shí)驗(yàn)的方法測定對象在階躍輸入作用下，其輸出量隨時(shí)間的變化規(guī)律。將測得的反應(yīng)曲線轉(zhuǎn)化成近似的數(shù)學(xué)表達(dá)式有三個(gè)步驟：1求純滯后時(shí)間：從T時(shí)刻起到輸出開始變化的這段時(shí)間，即輸入變化而且輸出不變的這段時(shí)間為純滯后時(shí)間。求靜態(tài)放大倍數(shù)：求時(shí)間常數(shù)T：在反應(yīng)曲線上按到輸出量變化在終值 時(shí)的坐標(biāo)點(diǎn)，它所對應(yīng)的時(shí)刻與輸出 量開

9、始變化時(shí)刻之差就是時(shí)間常數(shù)T。（2）脈沖的應(yīng)法。（脈沖響應(yīng)曲線法）脈沖響應(yīng)法就是用實(shí)驗(yàn)的方法測取對象在矩形脈搏沖辦入信號作用下，其辦出量隨旱的變化規(guī)律。矩形脈沖響應(yīng)曲線與階躍響應(yīng)曲線有著密切關(guān)系，可得矩形脈沖看作是T時(shí)刻的正向階躍信號懶惰T時(shí)刻的后向階躍進(jìn)信號-X的組合信號，那么其響應(yīng)曲線也就是這兩條階躍響應(yīng)曲線的合成曲線，即。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，可輕易得到完整的脈沖響應(yīng)曲線，從而求得對象的特性參數(shù)。理解矩形脈搏沖響應(yīng)曲線法精度高，不影響正常和產(chǎn)的原因。此外，還有頻域方法，即采用不同頻率的正弦波和矩形波信號作為對象的輸入信號束測取對象的動(dòng)態(tài)特性；統(tǒng)計(jì)方法，即直接利用對象正常運(yùn)行狀態(tài)到此為止的數(shù)據(jù)或?qū)?/p>

10、象在特殊信號作用下的響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)獲得對象的動(dòng)態(tài)特性。2.2單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)又稱簡單控制系統(tǒng)，是指由一個(gè)被控對象，一個(gè)檢測元件及變送器，一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)招待器所構(gòu)成的閉合系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)包括：結(jié)構(gòu)簡單、易于分析設(shè)計(jì)，投資少、便于施工，并能滿足一般生產(chǎn)過程的控制要求。2.2.1單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如何設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，首先應(yīng)對被控對象做全面的了解。除被控對象的動(dòng)態(tài)特性外，對于工藝過程、設(shè)備等也需要比較深入的了解；在此基礎(chǔ)上，確定正確的控制方案，包括合理地選擇被控變量和操縱變量，選擇合適的檢測變送元件及檢測位置，遷用恰當(dāng)?shù)膱?zhí)行器，調(diào)節(jié)器以及控制規(guī)律等；最后將調(diào)節(jié)器的參數(shù)

11、整定到最佳值。（1）被控變量的選擇   被控變量是對提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、促進(jìn)安全生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)能等到具有決定作用的工藝變量。選擇的基本原則：作為被控變量，其信號最好是能夠直接測量獲得，并且測量和變送環(huán)節(jié)的滯后也要比較??；若被控變量信號無法直接獲取，可選擇與之有單值函數(shù)關(guān)系的間接奇數(shù)作為被控變量；作為被控變量，必須是獨(dú)立變量。變量的數(shù)目一般可以用物理化學(xué)中的相律關(guān)系來確定；作為被控變量，必須考慮工藝合理性，以及目前儀表的現(xiàn)狀能否滿足要求。（2）操縱變量的選擇在控制系統(tǒng)中，用來克服干擾對被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量就是操縱變量。操縱變量的選擇主要應(yīng)從工藝合理性及

12、被控對象的特性方面考慮。操縱變量的選擇原則：使被控對象控制通道的放大系數(shù)較大，時(shí)間常駐數(shù)較小，純滯后時(shí)間越小越好；使被控對象干擾通道的放大系數(shù)盡可能小，時(shí)間常數(shù)越大越好。（3）檢測變送環(huán)節(jié)的影響檢測變送環(huán)節(jié)在控制系統(tǒng)中起著獲取信息和傳送信息的作用。一個(gè)控制系統(tǒng)如果不能正確及時(shí)地獲取被控變量變化信息，并把一信息及進(jìn)地傳送給予調(diào)節(jié)器，就不可能及時(shí)有效地克服干擾對被控變量的影響，甚至?xí)a(chǎn)生誤、失調(diào)等危及生產(chǎn)安全的問題。純滯后，在過程控制中，由于檢測元件安裝位置的不適當(dāng)將會產(chǎn)生純滯后。純滯后使測量信號不能及時(shí)地反映被控變量的實(shí)際值，從而降低了控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。測量滯后勤 是指由測量元件本身特性所引起

13、的動(dòng)態(tài)誤差。當(dāng)測量元件感受被控變量的變化時(shí)，要經(jīng)過一個(gè)過程，才能反映被控變量的實(shí)際值，這時(shí)測量元件本身就構(gòu)成了一個(gè)具有一個(gè)時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)?？朔y量滯后的兩種方法：一是盡量選用快速測量元件，以測量元件的時(shí)間常數(shù)為被控對象的時(shí)間常數(shù)的十分之一以下為宜；二是在測量元件之后引入微分作用，在調(diào)節(jié)器中加入微分控制作用，使調(diào)節(jié)器在偏差產(chǎn)生的初期，根據(jù)偏差的變化趨勢發(fā)生相應(yīng)的控制信號。傳遞滯后，即信號傳輸滯后，主要是由于氣壓信號在管路傳送過程中引起的滯后。傳遞滯后總是存在的，克服減小信號傳遞滯后的方法有：盡量縮短氣壓信號管線的長度，一般不超過300M；改用電信號傳遞，即先用氣電轉(zhuǎn)換器把調(diào)節(jié)器輸出 的氣壓信

14、號變成電信號，送到現(xiàn)場后，再用電氣轉(zhuǎn)換成氣壓信號送到執(zhí)行器上；在氣壓管線上加氣動(dòng)繼動(dòng)器，或在執(zhí)行器上加氣動(dòng)閥門定位器，以增大輸出功率，減少傳遞滯后的影響；等（4）執(zhí)行器的影響執(zhí)行器的作用是接受調(diào)節(jié)器送來的控制信號，改變操縱變量，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制執(zhí)行器通常為調(diào)節(jié)閥，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩個(gè)部分。從廣義對象的角度考慮，執(zhí)行器可看作是被控對象的一部分，其動(dòng)態(tài)特殊性相當(dāng)于在被控對象中增加了一個(gè)容量滯后環(huán)節(jié)。2.2.2調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器是控制系統(tǒng)的心臟。它的作是將測量變送信號與給予定值相比較產(chǎn)生偏差信號，然后按一定運(yùn)算規(guī)律產(chǎn)生輸出信號，推動(dòng)執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。調(diào)節(jié)規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的

15、輸出信號隨輸入信號變的規(guī)律。四種基本調(diào)節(jié)規(guī)律：位式、比例、積分、微分。其中位式是斷續(xù)調(diào)節(jié)，另三種均是連續(xù)調(diào)節(jié)規(guī)律。（1）位式調(diào)節(jié)規(guī)律雙位調(diào)節(jié)是位式高節(jié)規(guī)律中最簡單的形式。理想的雙位調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)字表達(dá)式：雙位調(diào)節(jié)器規(guī)律是一促典型的非線性調(diào)節(jié)規(guī)律，當(dāng)測量值大于或小于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到最大或最小兩個(gè)極限位置。優(yōu)點(diǎn)：位式調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低、使用方便，對配用的調(diào)節(jié)閥無任何特殊的要求缺點(diǎn)：被控變量總在波動(dòng)，控制量不高，當(dāng)被控對象純滯后較大時(shí)，被控變量波動(dòng)幅度較大。 不宜用于控制要求稍高的場合。實(shí)際應(yīng)用的雙位調(diào)節(jié)器都有一個(gè)中間區(qū)域。只有當(dāng)偏差達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出才會變，而在中間區(qū)內(nèi)調(diào)節(jié)器

16、的輸出將取決于它原來的狀態(tài)。中間區(qū)的出現(xiàn)還有另外兩個(gè)原因：一個(gè)是婢機(jī)構(gòu)都有不靈敏區(qū)，這時(shí)理想雙位調(diào)節(jié)實(shí)際上具有中間區(qū)的雙位調(diào)節(jié)；二是采用雙位調(diào)節(jié)的系統(tǒng)本身要求就不高，只要求被控變量在兩個(gè)極限值之間，這就是可用中間區(qū)的雙位調(diào)節(jié)方案。（2）比例調(diào)節(jié)規(guī)律（P）比例放大系數(shù)  在比例調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號變化量與輸入信號成比例關(guān)系式中KP稱為比例增益或比例放大倍數(shù)，在調(diào)節(jié)器中是可以改變的。特點(diǎn)：比例調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差具有一一對應(yīng)的比例關(guān)系，因此比例控制具有控制及時(shí)、克服偏差有力的特點(diǎn)。在系統(tǒng)的平衡遭到破壞后，要建立新的平衡，這就要求調(diào)節(jié)器有輸出作用。而要使調(diào)節(jié)器有輸出，就必須要有

17、偏差存在，因此，比例控制必然有余差存在。比例度:指調(diào)節(jié)器的輸入相對變化量與相應(yīng)輸出的相對變化量之比的百分?jǐn)?shù)。用公式表示為調(diào)節(jié)器的比例度可以理解為：要使輸出信號作全范圍的變化，輸入信號必須改變?nèi)砍痰陌俜种畮?，即輸入與輸出的比例范圍。比例度的數(shù)學(xué)表達(dá)式可改寫為：由該式可看出：由于輸入、輸出信號都是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號的調(diào)節(jié)器，比例度與比例放大系數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系，即調(diào)節(jié)器的比例度越小，則比例放大系數(shù)越大，比例控制作用越強(qiáng)。比例度對過渡過程的影響比例度對余差的影響：比例度越大，放大倍數(shù)越小，由于         

18、0;  要獲得同樣大小的變化量所需的偏差就越大，因此在相同的干擾作用下，系統(tǒng)再次平衡是的余差就越大。反之，比例度越小，系統(tǒng)的余差也隨之越小。比例度對最大偏差、振蕩周期的影響：相同大小的干擾下，調(diào)節(jié)器的比例度越小，則比例作用越強(qiáng)，調(diào)節(jié)器的輸出越大，使被控變量偏離給定值越小，被控變量被拉回到給定值所需的時(shí)間越短。所以，比例度越小，最大偏差越小，振蕩周期也越短，工作頻率提高。比例度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響：比例度越大，則調(diào)節(jié)器的輸出變化越小，被控變量變化緩慢，過渡過程越平穩(wěn)。隨著比例度的減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度降低，其過渡過程逐漸從衰減振蕩走向臨界振蕩直至發(fā)散振蕩。比例調(diào)節(jié)是最基本、最主要、應(yīng)用最普

19、遍的規(guī)律，它能較為迅速地克服干擾的影響，使系統(tǒng)很快平穩(wěn)下來。比例控制作用通常適用于干擾少、振動(dòng)幅度小、負(fù)荷變化不大，滯后較小或者控制精度要求不高的場合。比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律(PI)積分調(diào)節(jié)規(guī)律(I)：在積分調(diào)節(jié)規(guī)律中，調(diào)節(jié)器輸出信號的變化量與輸入偏差的積分成正比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中，為積分速度， 為積分時(shí)間。對積分調(diào)節(jié)起來說，其輸出信號的大小不僅與輸入偏差信號的大小有關(guān)，而且還取決于偏差存在的時(shí)間的長短。只要有偏差，調(diào)節(jié)器的輸出就不斷變化，只有偏差為零，積分調(diào)節(jié)器的輸出信號才能相對穩(wěn)定，積分控制作用是力圖消除余差。在幅值為A的階躍偏差輸入作用下，積分調(diào)節(jié)器的輸出為顯然，該式是一條斜率為定值的直線，

20、其斜率正比于調(diào)節(jié)器的積分速度。純積分控制的缺點(diǎn)在于它不像比例控制那樣輸出與輸入保持同步，反應(yīng)較快，而是其輸出變化總要滯后于偏差的變化。這樣就不能及時(shí)有效地克服擾動(dòng)的影響，其結(jié)果是加劇了被控變量的波動(dòng)，使系統(tǒng)難以穩(wěn)定下來。比例積分控制規(guī)律(PI)是比例與積分兩種控制規(guī)律的組合,其數(shù)學(xué)表述式為:PI規(guī)律將比例控制反應(yīng)快和積分控制能消除余差的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起,因而在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。在幅值為A的階躍偏差輸入作用下，比例積分調(diào)節(jié)的輸出可用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：在T=T時(shí)刻，   因而且可將積分時(shí)間T2定義為：在階躍偏差輸入作用下，調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到比例輸出兩倍的的經(jīng)歷的時(shí)間。積分時(shí)間表

21、征出積分作用的強(qiáng)弱積分時(shí)間對系統(tǒng)過渡過程的影響：在比例積分控制系統(tǒng)中，若保持調(diào)節(jié)的比例度不變，則積分時(shí)間對過渡過程的影響具有雙得性：隨著積分時(shí)間性的減小，積分作用不斷增強(qiáng)，在相同的擾動(dòng)作用下，調(diào)節(jié)器的輸出增大，最大偏差減小，余差消除加快，但系統(tǒng)的振蕩加劇，穩(wěn)定性下降，TI過小，還可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分作用的引入，一方面消除了系統(tǒng)的余差，而且另一方面卻降低了系統(tǒng)的其他品質(zhì)指標(biāo)。  比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律的適用性很強(qiáng)，在多數(shù)場合下均可采用。只是當(dāng)被控對象的滯后很大時(shí)，可能PI調(diào)節(jié)的時(shí)間較長；或者當(dāng)負(fù)荷變化特別劇烈時(shí)，PI調(diào)節(jié)不免及時(shí)，在這種情況下，可再增加微分作用。（4）比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)

22、律（PID）  對于慣性較大的被控對象，如果調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)被控變量的變化趨勢來采取措施，而不要等到被控變量已經(jīng)出現(xiàn)較大偏差后才開始動(dòng)作，那么調(diào)節(jié)的效果將會更好，等到于賦予了調(diào)節(jié)器以某一種程度的預(yù)期見性，這種調(diào)節(jié)規(guī)律就是微分調(diào)節(jié)規(guī)律。微分調(diào)節(jié)規(guī)律（D）在微分調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號的變化量與輸入 偏差的速度成正比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中T 為微分時(shí)間基在某一時(shí)刻T=T0輸入一個(gè)階躍變化的偏差信號節(jié)=A，則在此時(shí)刻調(diào)節(jié)器的輸出為無窮大，蓁時(shí)間輸出為零，顯然這一特性沒有實(shí)用階值，稱為理想微分作用特性。  微分調(diào)節(jié)器的輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而且與偏差的存在與否無關(guān)，即微分作用對

23、恒量不變的偏差是沒有在克服能力的。因此，微分調(diào)節(jié)不能單獨(dú)使用。實(shí)際上，微分控制總是與比例控制或比例積分控制組合使用。  比例微分控制規(guī)律（PD）是比例與微分兩種控制規(guī)律的組合，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：在階躍偏差輸入下，其開環(huán)輸出特性如上圖，但嚴(yán)格按上數(shù)學(xué)表達(dá)式動(dòng)作的調(diào)節(jié)器在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)上采用的PD調(diào)節(jié)規(guī)律是比例作用與近似微分作用的組合，當(dāng)輸入偏差  的幅值為A的階躍信號時(shí)，比例微分的輸出 特性曲線如下圖，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：式中，K 稱為微分增益。一般實(shí)際比例微分的特性曲線當(dāng)T= 時(shí)有即在時(shí)刻表 ，PD調(diào)節(jié)器的輸出 從躍變脈沖的頂點(diǎn)下降到微分作用者分最大輸出 的63.2%

24、，令T= ，則T的K倍就是微分時(shí)間T 利用暈個(gè)關(guān)系，可通過實(shí)驗(yàn)來測定微分時(shí)間T。  由于微分作用總是力圖陰止被控變量的任何變化，所以適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔貌恢兄普袷幍男Ч??；⒎肿饔眠x擇適當(dāng)，將有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；若微分作用過強(qiáng)，即微分時(shí)間T過大，反而且不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，工業(yè)用調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。  微分時(shí)間對過渡過程的影響  在比例微分控制系統(tǒng)中，若保持調(diào)節(jié)器的比例度不變，微分時(shí)間對過渡過程的影響如圖所示。對三條曲線加以分析、理解。  比例積分微分控制規(guī)律（PID）理想的PID調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為上述的調(diào)節(jié)器在物理學(xué)上是無法實(shí)現(xiàn)的。

25、工業(yè)上實(shí)際彩的PID調(diào)節(jié)器如DDZ調(diào)節(jié)器其傳遞函數(shù)為：其中式中帶*的量為調(diào)節(jié)器參數(shù)的實(shí)際值，不帶*的值勤為各參數(shù)的刻度值，F(xiàn)為相互干擾系數(shù)；K為積分增益。在PID調(diào)節(jié)器中，比例、積分和微分作用取長補(bǔ)短?；ハ嗯浜?。如果比例度，積分時(shí)間、微分時(shí)間這三個(gè)參數(shù)整定適當(dāng)，就可達(dá)到較高的控制質(zhì)量，因此PID調(diào)節(jié)器的適應(yīng)性較強(qiáng)，應(yīng)用也較為普遍。（5）調(diào)節(jié)規(guī)律的的選取勝 選擇調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)應(yīng)根據(jù)對象特性、負(fù)荷變化，主要擾動(dòng)和控制要求等具體情況，同時(shí)還應(yīng)考慮系統(tǒng)的經(jīng)注性及及系統(tǒng)投入方便等。關(guān)于控制規(guī)律的選取可歸納為如下幾點(diǎn)：  簡單控制系統(tǒng)適用于控制負(fù)荷變化較小的被控對象，如果負(fù)荷變化較大，無論選擇

26、那種調(diào)節(jié)規(guī)律，簡單控制系統(tǒng)都有很難得到滿意的控制質(zhì)量，此時(shí)鷲在設(shè)計(jì)選取用復(fù)雜控制系統(tǒng)。  在一般的控制系統(tǒng)中，比例控制是必不可少的，當(dāng)廣義對象控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化較小，而且工藝要求不高時(shí)，可選擇單純的比例調(diào)節(jié)規(guī)律，如貯罐液位，不太重要的壓力參數(shù)的控制。當(dāng)廣義對象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容量滯后較大時(shí)，應(yīng)引入微分作用。如工藝允許有余差，可選取比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律，如溫度成份、PH值等參數(shù)的控制。  如果被控對象傳遞函數(shù)用不著 近似，則可根據(jù)對象的可控比  選擇調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律。當(dāng)  時(shí)，選擇比例或比例積分規(guī)律； 當(dāng) 時(shí)，選擇比例微分或比例積分微分調(diào)節(jié)干

27、什么； 當(dāng)時(shí)，采用簡單控制系統(tǒng)往生育不能滿足控制要求，這時(shí)，應(yīng)選用復(fù)雜控制系統(tǒng)。2.2.3調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定通過改變調(diào)節(jié)器的比例度，積分時(shí)間隔和微分時(shí)間 應(yīng)酬可改變整個(gè)控制系統(tǒng)的性能，獲得較好的過渡過程和控制質(zhì)量，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的目的就是按照已定的按制系統(tǒng)，求取控制系統(tǒng)質(zhì)量最好的調(diào)節(jié)參數(shù)。調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法有很多種，通常呆分為兩大類：工程整定法與理論計(jì)算整定法根軌跡法、頻率響應(yīng)法、偏差積分準(zhǔn)則（ISE,IAE或ITAE）等方法都屬于理論計(jì)算整定法。這些方法的共同特點(diǎn)是：必須知道被控對象的特性，然后通過理論計(jì)算求取調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)。工程整定法，就是避開被控對象的特性和數(shù)學(xué)描述，在被控對象運(yùn)行時(shí)

28、，直接在控制系統(tǒng)中通過改變調(diào)節(jié)器參數(shù)，觀察被控變量的過渡過程，來求取調(diào)節(jié)器參數(shù)的最佳數(shù)值。常用的工程整定方法有三種：（1）經(jīng)驗(yàn)試湊法經(jīng)驗(yàn)試湊法就是根據(jù)被控變量的性質(zhì)，在已知合適的參數(shù)（經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）范圍內(nèi)選擇一組適當(dāng)?shù)闹底鳛檎{(diào)節(jié)器當(dāng)前的參數(shù)值，然后直接在運(yùn)行的系統(tǒng)中，人為地加上階躍干擾，通過觀察記錄儀表上的過渡過程曲線，并以比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間對過渡過程的影響為指導(dǎo)，按照某種順序反復(fù)試湊比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間的大小，直到獲得滿意的過渡過程曲線。溫度系統(tǒng)：其對象容量滯后較大，被控變量受干擾后變化遲緩，一般選用較小的比例度，較大的積分時(shí)間，同時(shí)要加入微分作用，微分時(shí)間是積分時(shí)間的四分之一。流

29、量系統(tǒng)：是典型的快速系統(tǒng)，對象的容量值后效，被控變量有波動(dòng)。對于這種過程，不用微分作用，宜用PI調(diào)節(jié)規(guī)律，且比例度要大，積分時(shí)間可小。壓力系統(tǒng)：通常為快速系統(tǒng)，對象的容量滯后一般較小，其參數(shù)的整定原則與流量系統(tǒng)的整定原則相同。但在某些情況下，壓力系統(tǒng)也會成為慢速系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的參數(shù)整定原則按照典型的溫度系統(tǒng)。液位系統(tǒng)：其對象時(shí)間常數(shù)范圍較大，對只需要實(shí)現(xiàn)平均液位控制的地方，宜用純比例控制，比例度要大，一般不用微分作用，要求較高時(shí)應(yīng)加入積分作用。經(jīng)驗(yàn)試湊法簡單可靠，容易掌握，適于各種系統(tǒng)。特別是對于外界干擾作用較頻繁的系統(tǒng)，采用這種方法更為合適。但其缺點(diǎn)是對于調(diào)節(jié)器參數(shù)較多的情況，不易找到最好的

30、整定參數(shù)。（2）臨界比例度法臨界比例度法又稱為Ziegler-Nichols方法。早在1942年就已提出，它首先求取在純比例作用下的閉環(huán)系統(tǒng)為等幅振蕩過程時(shí)的比例度和振蕩周期。然后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算相應(yīng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)。通常將等幅振蕩下的比例度和振蕩周期稱為臨界比例度和臨界周期。臨界比例度法便于使用，而且大多數(shù)控制中能得到較好的控制品質(zhì)。臨界比例度法整定的具體步驟：首先將調(diào)節(jié)器的積分作用和微分作用全部除去，在純比例的情況下，按比例度從大到小的變化規(guī)律，對應(yīng)于某一比例度值作小幅度的設(shè)定值階躍干擾，直到獲得等幅振蕩過程曲線。使用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)有兩個(gè)條件：一是工藝允許被控變量做等幅振蕩；二是

31、在獲取等幅振蕩曲線時(shí)，應(yīng)特別注意，不能使控制閥出現(xiàn)全關(guān)、全開的極限狀態(tài)。否則由此獲得的等幅振蕩實(shí)際上是“極限循環(huán)”，從線性系統(tǒng)概念上說系統(tǒng)早已發(fā)散了。（3）衰減曲線法衰減曲線法與臨界比例度法的唯一差異僅在于前者是在純比例下獲得4：1衰減振蕩曲線為參數(shù)整定的依據(jù)。衰減曲線法整定參數(shù)的具體操作步驟與臨界比例度法相同，但只需獲得4：1衰減振蕩過程曲線即可，記下此時(shí)的比例度，并在4：1曲線上求得振蕩周期，然后根據(jù)下表給出的經(jīng)驗(yàn)公式，求出相應(yīng)的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間。該經(jīng)驗(yàn)公式適用于多數(shù)系統(tǒng)。當(dāng)調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整到計(jì)算滯后，如果過渡過程仍不夠理想，則可根據(jù)曲線振蕩的情況，對調(diào)節(jié)器參數(shù)再做適當(dāng)調(diào)整。優(yōu)缺點(diǎn)

32、：該方法簡單、可靠而且整定的質(zhì)量較高，目前得到了廣泛的應(yīng)用。但這種方法要適用于干擾較小的系統(tǒng)。另外，設(shè)定值信號的干擾幅度不應(yīng)超出工藝允許的范圍。2.3復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)根據(jù)其開發(fā)目的的差民,可將其分為兩類:為提高響應(yīng)曲線的性能指標(biāo)而開發(fā)的控系統(tǒng). 開發(fā)這類系統(tǒng)的目的主要是企業(yè)圖荼得比單回路PID控制更優(yōu)越的過渡質(zhì)量,如串級控制系統(tǒng),前饋控制系統(tǒng)等。  按某些特殊目的而開發(fā)的控制系編印。這是為滿足不同的化工生工藝。操作方式，及至特殊的控制性能指標(biāo)而開發(fā)的控制系統(tǒng)，如比值控制系統(tǒng)，分程控制系統(tǒng)等。2.3.1串級控制系統(tǒng)以加熱爐為例說明串級控制系統(tǒng)(1)串級控制的基本原理管式加熱爐是

33、煉汕化工生產(chǎn)中重要裝置之一,它的任務(wù)是把原油或重油加熱到一定溫度, 以保證下一道工序(分解或裂解)的順利時(shí)行.工藝流程:燃料徑蒸汽霧化后在爐膛中燃燒,被加熱油料流過爐膛四周的排管后,就被加熱到出口溫度T.燃料油管道上裝設(shè)了一個(gè)調(diào)節(jié)閥,用它束控制燃油量,達(dá)到控制被加熱油料出口溫度的目的。  管式加熱爐出口溫度控系統(tǒng)   被加熱油料的流量和溫度擾動(dòng)D；  燃料油壓力的波動(dòng)，熱值的變化 D2，噴油用的過熱蒸汽壓力的波動(dòng)  ；配風(fēng)，爐膛漏風(fēng)和大氣溫度方面的擾動(dòng)D4等。  簡單控制特性：控制通道容量滯后大、時(shí)間常數(shù)大、最大偏聽偏信差大、過渡時(shí)間

34、長、抗干擾能力差，控制精度低。  串級控制系統(tǒng)（油糕點(diǎn)和溫度控制）的控制方法：根據(jù)爐膛溫度的變化，先調(diào)節(jié)燃油量（迅速實(shí)現(xiàn)“粗調(diào)”作用），然后再根據(jù)被加熱油料出口溫度與給定值之間的偏差，進(jìn)一步調(diào)節(jié)燃料油量（實(shí)現(xiàn)“細(xì)調(diào)”）以保持出口溫度穩(wěn)定。加熱爐出口溫度串細(xì)控制系統(tǒng)方框圖工藝流程：物料自頂部連續(xù)進(jìn)行入槽中，經(jīng)反應(yīng)后從底部抻出。反應(yīng)產(chǎn)生的熱量由冷卻夾套中的冷卻水帶走。被控對象具有三個(gè)熱容積：求套中的冷卻水。槽壁和槽中的物料。連續(xù)槽反應(yīng)器的溫度控制。反應(yīng)器簡單溫度控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)由于熱容積多，反應(yīng)緩慢，無法滿足工藝上對反應(yīng)溫度T的控制。串級控級系統(tǒng)引起溫度變化的擾動(dòng)因素：在物料方面有它

35、的流量放口溫度和物料的化學(xué)組分器；在冷卻水落石出方面有它的入口溫度以及調(diào)節(jié)閥前的壓力。通用串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)由兩套檢測變送器、兩個(gè)調(diào)節(jié)器、兩個(gè)被控對象和一一個(gè)調(diào)節(jié)閥組成，其中兩個(gè)調(diào)節(jié)閥串聯(lián)起來 工作，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出入作后一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出才送往調(diào)節(jié)閥。  串級控制系統(tǒng)與簡單控制系統(tǒng)的最著壓別是它在結(jié)構(gòu)上形成兩個(gè)閉環(huán)。一個(gè)閉環(huán)在里面，稱為副環(huán)或副回環(huán)，在控制過程中起著“粗調(diào)”的作用。一個(gè)閉環(huán)在外面，稱為主環(huán)或主回環(huán)，用來完成“細(xì)調(diào)”任務(wù)，以保證被控變量滿足工藝要求。串級控制系統(tǒng)中常用各同和術(shù)語：主變量 稱主變量，使它保持平衡是控制的主要目標(biāo)。副變量 稱副變

36、量，它是被控變量對象中引出的中間變量。主對象主變量與副變量之間的通道特性。副控制器接受副變量的偏差，其輸出去操縱閥門。主控制器接受主變量的偏差，其輸出去改變副控制器的設(shè)定值。副回路處于串級控制系統(tǒng)內(nèi)部的，由副變量檢測變送器、副控制器、調(diào)節(jié)閥門、副對象組成的回路。主回路若將副回路看成一個(gè)以主控制器輸出  為輸入，  副變量  為輸出的等到效環(huán)節(jié)，則串級系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)單回路，稱這個(gè)單回路為主回路。（2）串給控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及其應(yīng)用場合  能迅速克服進(jìn)入副回路的干擾  能改善被控對象的特性，提高系統(tǒng)克服干擾的能力。  主回路對副對象具有

37、棒性，提高了系統(tǒng)的控制精度。  凡是可利用上述特點(diǎn)之一來提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)的場合，都可以采用串給控制系統(tǒng)，特別是在被子控對象的容量滯后大、干擾強(qiáng)、要求高的場合，采用串級控制可以獲得明顯的效果。2.3.2前饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：針對干擾無特殊性要求缺點(diǎn)：控制不及時(shí)和不穩(wěn)定（加以理解）（1）前饋控制的基本原理   前饋控制又稱擾動(dòng)補(bǔ)償，它是一種與反饋控制原理完全不同的控制方法。前饋控制的基本概念是測量進(jìn)入過程的干擾（包括外界干擾和設(shè)定值變化）并按其信號產(chǎn)生合適的控制作用去改變操縱變量，使被控變量維持在設(shè)定值上。當(dāng)流量  發(fā)生就動(dòng)時(shí)，出口溫度 就會愛到影響，

38、產(chǎn)生偏差。如果用一般的反饋控制，調(diào)節(jié)器只根據(jù)被加熱液體出口溫度的鹿茸差進(jìn)行調(diào)節(jié)，則當(dāng) 發(fā)生擾動(dòng)后，要等到變化后調(diào)節(jié)器才開始動(dòng)作。而調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥，改變加熱蒸汽流量后，又要經(jīng)過熱交換過程的慣性，方便出口物料溫度及變化而反映調(diào)節(jié)結(jié)果。若根據(jù)被加熱物料，流量 的測量信號來控制調(diào)節(jié)閥，那么當(dāng) 發(fā)生擾動(dòng)后，就不必等到流量變化反映至出口溫度以后再去進(jìn)行操作。而是根據(jù)流量的變化，立即對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行操作，甚至可以在出口溫度還設(shè)有變化前就及時(shí)將流量的擾動(dòng)補(bǔ)償了。擾動(dòng)作用到輸出被控變量Y之間存在著兩個(gè)傳遞通道：一個(gè)是F從對象擾動(dòng)通道 去影響被控變量Y；另一個(gè)是從F出發(fā)經(jīng)過的測量裝置和補(bǔ)償器產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，經(jīng)過對象的

39、調(diào)節(jié)通道去影響被控變量Y。調(diào)節(jié)作用和擾動(dòng)作用對被控變量的影響是相反的。前饋控制計(jì)算公式：分別為擾動(dòng)通道和控制通道的傳遞函數(shù)；前饋補(bǔ)償器傳遞函數(shù)要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，則必須   于是（2）前饋控制的主要結(jié)構(gòu)形式靜態(tài)前饋控制  在實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)設(shè)有必要追求被控變量完全不變。只要在穩(wěn)態(tài)玉，實(shí)現(xiàn)對擾動(dòng)的完全補(bǔ)償就可以了靜態(tài)前饋補(bǔ)償算式利用物料（或能量）平衡算式，可方便地獲取較完善的靜態(tài)前饋算式。上例所示的熱交換過程，若忽略熱損失，其熱平衡過程可表述為物料比熱容； 物料入口溫度蒸汽流量； 蒸汽汽化熱由上式可解得：用物料出口溫度的設(shè)定值 代替上式中的，可得該式即為靜態(tài)前饋控制算式

40、換熱器的靜態(tài)前饋控制流程圖前饋一反饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)存在偏差的原因?qū)嶋H的工業(yè)對象會存在多個(gè)擾動(dòng)，若均設(shè)置前饋通道，勢必增加控制系統(tǒng)投資費(fèi)用和維護(hù)工作量。因而且一般僅選擇幾個(gè)主要干擾作前饋通道。這樣設(shè)計(jì)的前饋控制器對其他干擾是絲毫沒有校正作用的。受前饋控制模型精度限制，模型的誤差將導(dǎo)致完全補(bǔ)償，使被控變量最終存在偏差。用儀表實(shí)現(xiàn)前饋控制時(shí)，往往作了近似處理，尤其當(dāng)綜合得到的前饋控制算式包含有純超前環(huán)節(jié)或純微分環(huán)節(jié)時(shí)，它分們在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的，構(gòu)成的前饋控制器只能是近似的。  前饋控制系統(tǒng)無法消除被控變量的偏差，系統(tǒng)也無法獲得這一信息而作進(jìn)一步的校正。為解決前饋控制的這一局限性，在

41、工程上往往將前饋與反饋結(jié)合起來應(yīng)用，構(gòu)成 前饋一反饋控制系統(tǒng)。這樣既發(fā)揮了前饋校正及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。又保證了反饋控制能克服導(dǎo)致多種擾動(dòng)及對被控變量最終檢驗(yàn)的長處，是一種適合化工過程控制的控制方法。  前饋一反饋控制系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)：  從前饋控制角度，由于增添了反饋控制，降低了對前薜控制模型的精度要求，并能對來選作前饋信號的干擾產(chǎn)生校正作用。  從反饋控制角度，由于前饋控制的存在，對干擾作了及進(jìn)的粗調(diào)作用，大減輕了反饋控制的負(fù)擔(dān)。2.3.3 比值控制系統(tǒng)  比值控制的目的，就是為了實(shí)現(xiàn)幾種蛾料符合一定的比例關(guān)系，以及生產(chǎn)能安全正黨地進(jìn)霆。（1）定比值控制系統(tǒng)定

42、比值控制系統(tǒng)的一個(gè)共同特點(diǎn)是系統(tǒng)以保持兩物料流量比值一定為目的，比值器的參數(shù)徑計(jì)算設(shè)置好后不再變動(dòng)，工藝要求的實(shí)際流量比值 也就因定下來，稱為定比值控制系統(tǒng)。開環(huán)比值控制系統(tǒng)工程 處于主導(dǎo)地位，稱為主流量： 隨 變化 ，稱為副流量。一般情況下，總以生產(chǎn)中的主要物料或不可控物料作為主流量 ，通過改變可控物料流量 、副流量的方法石料實(shí)現(xiàn)它們的比例關(guān)系。由于該系統(tǒng)的副流量 無反饋校正，反以副流量本身無抗干擾能力。辦有當(dāng)副流量羅平穩(wěn)且流量以值要求不高的場合才采用。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)當(dāng)主流量 變化時(shí)，其流量 信號經(jīng)測量變送器送到比值器R，比值器按預(yù)先設(shè)置好多的比值系數(shù)使輸出成比例變化，并作為副流量控制器

43、的設(shè)定值，此時(shí)副流量調(diào)節(jié)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)， 經(jīng)調(diào)節(jié)作用自動(dòng)跟蹤 變化 ，使其在新的工總值保持兩流量比值R不變。當(dāng)副流量由于自身干擾而變化時(shí)，此時(shí)副流量調(diào)節(jié)是一個(gè)定值系統(tǒng)，經(jīng)反饋克服自身的干擾。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了能實(shí)現(xiàn)兩流量的比值恒定，又能使進(jìn)入系編印的總負(fù)荷平穩(wěn)，在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了雙閉環(huán)比值控制。它與單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的判別在于主流量也構(gòu)成了閉合回路，由于有兩面三刀個(gè)閉合回路，故稱為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。在雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，兩個(gè)閉合回路可以克服各自原外界干擾，使主、副流量都比較平穩(wěn)的，克服了閉環(huán)比值控制的缺點(diǎn)。（2）變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)原理圖變比值控制系統(tǒng)方框圖在穩(wěn)定

44、狀態(tài)下，主、副流量  恒定；它們分別經(jīng)流量變送、開方運(yùn)算后，送除法器相除，其輸出表征了它們的比值，同時(shí)作為比值控制器R的測量信號。這時(shí)表征最終質(zhì)量指標(biāo)的主參數(shù)Y也恒定，所以主控制器YC的輸出信號穩(wěn)定，且和比值測量信號相等，比值控制器原輸出也穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥開度一定，產(chǎn)品質(zhì)量合格。  當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)流量干擾外的其他干擾引起主參數(shù)Y變化時(shí)，通過主反饋回路，使主控制器輸出變化，修改兩流量的比值，以保持主參數(shù)的穩(wěn)定對于進(jìn)入系統(tǒng)的主流量 的干擾，由于比值控制回路的快速隨動(dòng)跟蹤，使副流量按  關(guān)系變化，以保持主參數(shù)Y穩(wěn)定，它起了靜態(tài)反饋的作用。對于副流量本身的干擾，同樣可以通過自身

45、的控制回路克服，它相當(dāng)于常串級控制系統(tǒng)的副回路。因此，這種變化比值控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種靜態(tài)前饋一串級控制系統(tǒng)，也可稱為串級比值控制系統(tǒng)。（3）比值控制系統(tǒng)的實(shí)施 應(yīng)用比值器的方案比值器方案  若方案由電動(dòng)機(jī)型儀表實(shí)施，比值運(yùn)算單元采用電動(dòng)比值器械，其信號關(guān)系為當(dāng)系統(tǒng)近要求的流量比值穩(wěn)定操作時(shí)，控制器的測量值等于測定值即副流量控制器的測量值。副流量控制器的設(shè)定值，即比值器的輸出信號主流量的測量值，即比值器的輸入信號；比值器的比值系數(shù)，可兩部設(shè)定。  比值系數(shù)K與流量比值R不一定相相，但兩者有一一對應(yīng)關(guān)系，這可分為以下兩種情況。 流量與測量信號之間存在線性關(guān)

46、系或用差壓測量并經(jīng)過開方運(yùn)算時(shí)，測量信號  與流量  之間的關(guān)系為所以由此可見，該比值系數(shù)K與兩流量之比R和測量儀表的量程的上限有關(guān)，而與負(fù)荷大小無關(guān)。  用差壓法測量流量，但未經(jīng)開方運(yùn)算，測量信號I與流量 之間關(guān)系所以由上式可知，該比值系數(shù)K同樣與負(fù)荷大小無關(guān)。比值器的比值系數(shù)K只能在一定范圍內(nèi)調(diào)整（如0.25-4)，所以要實(shí)現(xiàn)預(yù)定的流量比R，變送器的量程必須適當(dāng)選擇，若適當(dāng)，K在1附近。應(yīng)乘法器方案 比值系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)是按工藝要求的流量比值R來正確設(shè)置，圖中的I信號。電動(dòng)機(jī)型儀表乘法器運(yùn)算式為式中，  均為乘法器的輸入信號，I為乘法器的輸出信號。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，  可得當(dāng)流量為線性變送時(shí)，用   代入上式得當(dāng)流量 為非線性變磅時(shí)，用   代入上式得利用以上兩式，按工藝要求的流量比值R來設(shè)置I應(yīng)用除法器的方案除法器方案仍是一個(gè)單回路控制系統(tǒng)，只是控制器的測量值和給定值都有是流量信號的比值，而不是流量本身。  除法器方案的優(yōu)點(diǎn)是直觀可直接讀出比值，使用方便，可調(diào)節(jié)器范圍寬；但也有其弱點(diǎn)：由于比值的計(jì)算包含在控制回路中，因此對象的放大倍數(shù)隨時(shí)負(fù)荷的不同而且歸生變化，當(dāng)負(fù)荷軟件包小時(shí)，系統(tǒng)不易穩(wěn)定，現(xiàn)已被乘法器方案逐漸取代。2.3