第5章過程控制裝置及系統(tǒng)設計

5復雜控制系統(tǒng)李臻峰過程控制裝置及系統(tǒng)設計22023/2/65復雜控制系統(tǒng)教學目標：理解復雜調節(jié)系統(tǒng)的基本類型掌握典型復雜調節(jié)系統(tǒng)的基本概念、系統(tǒng)組成、工作原理、參數(shù)整定以及各自的特點能夠根據(jù)具體工藝要求，熟練地選擇出合適的調節(jié)系統(tǒng)，并能完成設計工作過程控制裝置及系統(tǒng)設計32023/2/65.1

前饋控制系統(tǒng)5.2串級控制系統(tǒng)5.3比值控制系統(tǒng)5.4均勻控制系統(tǒng)5.5選擇性控制系統(tǒng)過程控制裝置及系統(tǒng)設計42023/2/65.1前饋控制系統(tǒng)5.1.1前饋控制原理過程控制裝置及系統(tǒng)設計62023/2/65.1.1前饋控制原理

前饋控制又稱擾動補償。是按照引起被控變量變化的干擾大小進行調節(jié)的。直接測量負載干擾量的變化，當干擾剛剛出現(xiàn)并且能測出時，控制器就能發(fā)出控制信號使調節(jié)器作相應的變化，使兩者抵消于被控變量發(fā)生偏差之前。

前饋控制對干擾的克服比反饋調節(jié)快。前饋控制原理：5.1.2前饋控制系統(tǒng)的特點85.1.2前饋控制系統(tǒng)的特點前饋調節(jié)系統(tǒng)的特點：前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，反饋控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，也是它們兩者的基本區(qū)別前饋控制按干擾作用的大小進行控制，比反饋控制要及時95.1.2前饋控制系統(tǒng)的特點前饋控制系統(tǒng)補償量的設計可以實現(xiàn)“不變性”原理。在理想情況下，可以把補償器設計到完全補償?shù)哪康模丛谒紤]的擾動作用下，被控變量始終保持不變，或者說實現(xiàn)了“不變性前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。過程控制裝置及系統(tǒng)設計102023/2/611前饋控制器是視對象特性而定的“專用”控制器。一般的反饋控制系統(tǒng)均采用通用類型的PID控制器，而前饋控制要采用專用前饋控制器（或前饋補償裝置）5.1.2前饋控制系統(tǒng)的特點12一種前饋控制只能控制一種干擾。前饋控制作用是按干擾進行工作的，而且整個系統(tǒng)是開環(huán)的，因此，根據(jù)一種干擾設置的前饋控制就只能克服這一干擾對被控變量的影響。對于其他干擾，由于這個前饋控制器無法感受到，而反饋控制只用一個控制回路就可克服多個干擾。5.1.2前饋控制系統(tǒng)的特點13反饋控制前饋控制控制的依據(jù)被控變量的偏差干擾量的大小檢測的信號被控變量干擾量控制作用發(fā)生的時間偏差出現(xiàn)后偏差出現(xiàn)前系統(tǒng)結構閉環(huán)控制開環(huán)控制控制質量有差控制無差控制控制器通用PID專用控制器經(jīng)濟性和可靠性一種系統(tǒng)可克服多種干擾每一種都要有一個控制系統(tǒng)前饋與反饋的比較5.1.2前饋控制系統(tǒng)的特點5.1.3前饋控制的主要結構形式155.1.3前饋控制的主要結構形式靜態(tài)前饋控制

前饋控制器的輸出信號是按干擾大小隨時間變化的，它是干擾量和時間的函數(shù)。而當干擾通道和控制通道動態(tài)特性相同時，便可以不考慮時間函數(shù)，前饋控制器的輸出僅僅是輸入量的函數(shù)，這樣的前饋控制稱為靜態(tài)前饋控制。

靜態(tài)前饋是前饋控制中的一種特殊形式，當干擾階躍變化時，前饋控制器的輸出也為一個階躍變化。如在換熱器前饋控制中，如果主要干擾是進料流量的波動ΔQ1，那么前饋控制器的輸出Δmf為5.1.3前饋控制的主要結構形式17靜態(tài)前饋控制實施方案5.1.3前饋控制的主要結構形式18動態(tài)前饋控制

在靜態(tài)前饋控制基礎上加一個動態(tài)前饋補償環(huán)節(jié)，便構成了如下圖所示的動態(tài)前饋控制實施方案。動態(tài)前饋控制實施方案5.1.3前饋控制的主要結構形式19

在靜態(tài)前饋控制的基礎上，加上延遲環(huán)節(jié)或微分環(huán)節(jié)，以達到干擾作用的近似補償。有三個可以調整的參數(shù)K，T1，T2。K為放大倍數(shù)，是為了靜態(tài)補償用的；T1、T2是時間常數(shù)，都有可調范圍，分別表示延遲作用和微分作用的強弱。

5.1.3前饋控制的主要結構形式20

相對于干擾通道而言，控制通道反應快的給它加強延遲作用，反應慢的給它加強微分作用。根據(jù)兩通道的特性適當調整T1、T2的數(shù)值，使兩通道反應合拍便可以實現(xiàn)動態(tài)補償，消除動態(tài)偏差。5.1.3前饋控制的主要結構形式21前饋—反饋控制把前饋和反饋結合起來，使前饋控制克服反饋控制不易克服的主要干擾，而對其它干擾則進行反饋控制，不僅可以降低前饋控制模型的精度要求，實現(xiàn)比較簡單的通用模型；而且當負荷變化時，可由反饋控制加以補償，因此具有一定自適應能力。5.1.3前饋控制的主要結構形式22換熱器前饋—反饋控制原理圖5.1.3前饋控制的主要結構形式23

前饋—反饋控制方框圖5.1.3前饋控制的主要結構形式24前饋—串級控制（略）

前饋控制器的輸出與反饋控制器的輸出相疊加后送至控制閥，實際上是將所要求的物料流量與加熱蒸汽流量對應關系轉化為物料流量與控制閥膜頭壓力間的關系。5.1.3前饋控制的主要結構形式

為了保證前饋補償?shù)木龋蛯刂崎y提出了嚴格要求，希望它靈敏、線性及盡可能小的滯環(huán)區(qū)。并且，要求控制閥前后的壓差必須恒定，否則無法實現(xiàn)精確的校正。為了降低對控制閥的要求，可以采用前饋—串級控制系統(tǒng)。5.1.3前饋控制的主要結構形式26前饋—串級方框圖5.1.3前饋控制的主要結構形式275.1.4前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定1．Kf的整定開環(huán)整定法

開環(huán)整定是在系統(tǒng)作單純的靜態(tài)前饋運行下施加干擾，Kf值由小逐步增大，直到被控變量回到設定值，此時所對應的Kf便視為最佳整定值。在進行整定時，應在工況穩(wěn)定的情況下進行，以減小其它擾動量對被控變量的影響且Kf值應由小到大逐步增加。285.1.4前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定1．Kf的整定閉環(huán)整定法在反饋系統(tǒng)已經(jīng)整定好的基礎上施加相同的干擾作用，由小而大逐步改變Kf值，直到獲得滿態(tài)的補償過程。295.1.4前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定1．Kf的整定Kf值對補償過程的影響b：Kf值剛好適當；a：Kf值小，欠補償；c：Kf值過大，過補償。305.1.4前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定2．Tl、T2的整定動態(tài)參數(shù)決定了動態(tài)補償?shù)某潭取．擳l>T2時，前饋控制器在動態(tài)補償過程中起超前作用；當Tl<T2時，起滯后作用；當Tl=T2時不起作用，即只有靜態(tài)前饋作用。315.1.4前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定2．Tl、T2的整定因此，常將Tl稱為超前時間，T2稱為滯后時間。根據(jù)校正作用在時間上是超前或滯后，可以決定Tl/T2的數(shù)值。325.1.4前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定2．Tl、T2的整定因為當Tl過大（或T2過?。r，由于過補償而使過渡過程曲線反向超調過高，甚至達到不能允許的地步。因此，從生產(chǎn)安全角度出發(fā)，前饋控制器的動態(tài)參數(shù)整定應從欠補償開始，按照過渡過程曲線變化的趨勢，逐次試湊逼近。335.1.4前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定2．Tl、T2的整定可在初次試驗時，取Tl/T2=2（超前）或Tl／T2＝0.5（滯后）的數(shù)值進行，施加干擾，觀察補償過程。首先調整Tl或T2使補償過程曲線達到上、下偏差面積相等，然后再調整Tl與T2的比值，直到獲得平坦的補償過程曲線為止。過程控制裝置及系統(tǒng)設計342023/2/65.2串級控制系統(tǒng)355.2.1串級控制基本原理

串級控制系統(tǒng)是指由兩個控制器、一個控制閥、兩個變送器和兩個被控對象組成的控制系統(tǒng)。最主要的特點是兩個控制器控制一個控制閥，適用于當對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁的對象。365.2.1串級控制基本原理（a）過熱爐的單閉環(huán)控制系統(tǒng)

（b）過熱爐的串級控制系統(tǒng)375.2.1串級控制基本原理

工作過程：在外界干擾作用下，系統(tǒng)的熱平衡遭到破壞，加熱爐出口溫度發(fā)生變化，此時就需要做一個控制系統(tǒng)進行溫度控制，我們可以用一個單閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)回路進行控制，如圖（a）所示。385.2.1串級控制基本原理

該系統(tǒng)將過熱爐出口溫度作為被控變量，將燃料的流量作為操縱變量，對爐出口溫度進行測量后，輸入溫度控制器與設定值進行比較，得出負偏差后控制控制閥的開度，從而控制燃料流量的大小。395.2.1串級控制基本原理

當出口溫度高于設定值的時候，溫度控制器會產(chǎn)生令閥門開度減小的信號，燃氣量減少，爐內溫度降低下來。反之，如果過熱爐的溫度低于設定值，那么溫度控制器會產(chǎn)生令閥門開度增大的信號，燃氣量增加，爐內溫度升高。405.2.1串級控制基本原理

但是在實際生產(chǎn)過程中，特別是當過熱爐的燃料壓力或燃料本身的熱值有較大波動時，上述簡單控制系統(tǒng)的控制質量往往很差，過熱爐出口處的原料溫度波動較大，難以滿足生產(chǎn)上的要求。415.2.1串級控制基本原理解決方法：根據(jù)爐膛溫度的變化先改變燃料量，然后再根據(jù)出口處原料溫度與其給定值之差，進一步改變燃料量，以保持原料出口溫度的恒定。模仿這樣的人工操作程序，就構成了以過熱爐出口處的原料溫度為主要變量、以爐膛溫度為副變量的串級控制系統(tǒng)，如圖（b）所示。425.2.1串級控制基本原理過熱爐的串級控制系統(tǒng)方框圖435.2.1串級控制基本原理串級控制系統(tǒng)的工作過程是，在穩(wěn)定工況下，過熱爐出口處的原料溫度和爐膛溫度都處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，控制燃料的閥門保持在一定的開度。當出現(xiàn)干擾時，兩個控制器協(xié)同工作，直到過熱爐出口處的原料溫度重新穩(wěn)定在給定值上。445.2.1串級控制基本原理干擾作用于副回路時：當燃料壓力、流量、組分等發(fā)生變化時，爐膛溫度的副控制器TC2立即進行控制。如果干擾較小，經(jīng)副回路控制以后，爐膛溫度基本保持不變，這樣就不會影響原料的出口溫度。如果干擾很大，就會影響到主被控變量原料出口溫度。這時主控制器TC1的輸出開始發(fā)生變化，對于副控制回路來說，它將接受給定值與測量值兩方面的變化，從而使輸入偏差增加，校正作用加強，加速了控制過程。455.2.1串級控制基本原理干擾作用于主回路時：

當原料的入口流量和溫度發(fā)生變化時，爐膛溫度尚未發(fā)生變化，但原料的出口溫度先行改變。此時主控制器TC1根據(jù)原料的出口溫度的變化去改變副控制器TC2的給定值。副控制器接受到指令后，很快產(chǎn)生校正作用，改變燃料控制閥的開度，使原料的出口溫度返回給定值。在控制系統(tǒng)中，由于增加了一個副回路，控制和反饋的通道都縮短了，因而能使被控變量的超調量減小，控制過程縮短。465.2.1串級控制基本原理干擾同時作用于主、副回路時：當多個干擾同時作用于主、副回路時，如它們使得主被控變量與副被控變量向同一方向變化，則副控制器的輸入偏差顯著增加，因而它的輸出也發(fā)生較大的變化，以迅速克服干擾。如果主被控變量與副被控變量分別往相反方向變化，則副控制器的輸入偏差將減小，它的輸出只要有較小的變化即能克服干擾。475.2.1串級控制基本原理串級控制系統(tǒng)通用方框圖485.2.1串級控制基本原理

串級控制系統(tǒng)組成：兩個控制器、兩個被控對象、兩套檢測變送器和一個執(zhí)行器。其中的兩個控制器串聯(lián)起來工作，前一個控制器（主控制器）的輸出作為下一個控制器（副控制器）的輸入（給定值），后一個控制器的輸出送往執(zhí)行器。495.2.1串級控制基本原理控制系統(tǒng)有兩個閉環(huán)組成，一個閉環(huán)在里面，我們稱為副回路，在控制過程作用中起著“粗調”的作用；

另一個在外面，稱為主回路，用來完成“細調”作用。兩個回路共同作用于執(zhí)行器來滿足工藝要求

。505.2.1串級控制基本原理常用的名詞和術語:（1）主變量：

稱為主變量，使它保持平穩(wěn)是控制的主要目標。（2）副變量：

稱為副變量，它是被控對象中引出的中間變量。（3）副對象：副變量與操縱變量之間的通道特性。515.2.1串級控制基本原理（4）主對象：主變量與副變量之間的通道特性。（5）副控制器：接收副變量的偏差，其輸出去操縱閥門。（6）主控制器：接收主變量的偏差，其輸出去改變副控制器的設定值。525.2.1串級控制基本原理（7）副回路：處于串級控制系統(tǒng)內部的，由副變量檢測變送器、副控制器、執(zhí)行器、副對象組成的回路，圖中的虛線所圍成的回路。（8）主回路：若將副回路看成一個以主控制器的輸出r2為輸入，以副變量

為輸出的等效環(huán)節(jié)，則串級系統(tǒng)轉化為一個單回路。535.2.1串級控制基本原理主、副回路示意圖545.2.2串級控制系統(tǒng)的主要特點及其應用場合在系統(tǒng)結構上，串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路：主回路和副回路；有兩個控制器：主控制器和副控制器；有兩個測量變送器：分別測量主變量和副變量。在系統(tǒng)功能上，能迅速克服進入副回路的干擾。串級控制系統(tǒng)能夠迅速克服副回路的干擾。因此，在設計控制系統(tǒng)時，應該盡量將主要的干擾放在副回路中。555.2.2串級控制系統(tǒng)的主要特點及其應用場合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“魯棒性”，提高了系統(tǒng)的控制精度。串級控制系統(tǒng)最適合應用在被控對象的容量滯后大、干擾強、要求高的場合。565.2.3副回路的確定主、副變量間應有一定的內在聯(lián)系選擇串級控制系統(tǒng)的副變量一般有兩類情況。一類情況是選擇與主變量有一定關系的某一中間變量作為副變量，另一類情況是選擇的副變量就是操縱變量本身，這樣能及時克服它的波動，減少對主變量的影響。575.2.3副回路的確定使系統(tǒng)的主要干擾被包圍在副回路內因串級控制系統(tǒng)的副回路具有反應速度快、抗干擾能力強的特點，所以在確定副變量時，一方面能將對主變量影響最嚴重、變化最劇烈的干擾包圍在副回路內，另一方面又使副對象的時間常數(shù)很小，這樣就能充分利用副回路的快速抗干擾性能，將干擾的影響抑制在最低限度。585.2.3副回路的確定使副回路盡可能包含更多的次要干擾選擇副變量應考慮使副回路盡量多包圍一些干擾，這樣可以充分發(fā)揮副回路的快速抗干擾能力，以提高串級控制系統(tǒng)的控制質量。在選擇副變量時，既要考慮到使副回路包含較多的干擾，又要考慮到使副變量不要離主變量太近。595.2.3副回路的確定副變量的選擇應考慮到主、副對象時間常數(shù)的匹配。以防“共振”的發(fā)生

在單級控制系統(tǒng)中，主、副對象的時間常數(shù)不能太接近。這一方面是為了保證副回路具有快速的抗干擾性能，另一方面是由于串級系統(tǒng)中主、副回路之間是密切相關的，副變量的變化會影響到主變量，而主變量的變化通過反饋回路又會影響到副變量。605.2.3副回路的確定對于含有大純滯后的對象，往往由于控制不及時而使控制質量很差，這時可采用串級控制系統(tǒng)，并通過合理選擇副使副回路盡量少包含純滯后或不包含純滯后變量將純滯后部分放到主對象中去，以提高副回路的快速抗干擾功能，及時克服干擾的影響，使主變量的控制質量得到提高。615.2.4控制器正反作用的選擇

串級控制系統(tǒng)中主、副控制器的選擇可以按先副后主的順序，即先確定執(zhí)行器的開、關型式及副控制器的正、反作用，然后確定主控制器的作用方向。

也可以按先主后副的順序，即先按工藝過程特性的要求確定主控制器的作用方向，然后按一般單回路控制系統(tǒng)的方法再選定執(zhí)行器的開、關型式及副控制器的作用方向。625.2.4控制器正反作用的選擇

主控制器作用方向的選擇方法：當主、副變量在增加（或減小）時，如果使主變量減?。ɑ蛟黾樱┮蟮目刂崎y的動作方向，和使副變量減?。ɑ蛟黾樱┮蟮囊恢?，那么主控制器就應該選擇“反”作用；如果二者要求的控制閥的動作方向不一致，則選擇“正”作用。635.2.4控制器正反作用的選擇

副控制器作用方向的選擇，是根據(jù)工藝安全等要求，選定執(zhí)行器的氣開、氣關型式后，按照使副回路成為一個負反饋系統(tǒng)的原則來確定的。因此，副控制器的作用方向與副對象特性、執(zhí)行器的氣開、氣關型式有關。其選擇方法與簡單控制系統(tǒng)中控制器正、反作用的選擇方法相同。645.2.4控制器正反作用的選擇

副控制器的作用方向與氣開、氣關型式有關，而主控制器的作用方向與執(zhí)行器的氣開、氣關型式無關。因此，由于工藝過程的需要，控制閥的氣開、氣關型式需要互換時，只要改變副控制器的正反作用即可，不影響主控制器的正反作用。655.2.4控制器正反作用的選擇

有些系統(tǒng)要求可以實現(xiàn)串級和單回路系統(tǒng)的互相切換。系統(tǒng)由串級切換為單回路時，是用主控制器的輸出代替原副控制器的輸出去控制執(zhí)行器；

665.2.4控制器正反作用的選擇系統(tǒng)由單回路切換為串級時，是用副控制器的輸出代替主控制器的輸出去控制執(zhí)行器。切換的條件是，當主變量變化時，串級時副控制器的輸出與單回路時主控制器的輸出信號方向完全一致。675.2.5控制器參數(shù)的工程整定一步整定法：

根據(jù)經(jīng)驗先將副控制器一次放好，不再變動，然后按一般單回路控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主控制器參數(shù)。這種整定方法適用于對主變量要求較高，而對副變量允許在一定范圍內變化的串級控制系統(tǒng)。685.2.5控制器參數(shù)的工程整定副變量類型副控制器比例度δ2（%）副控制器比例放大系數(shù)KP2溫度20~605.0~1.7壓力30~703.0~1.4流量40~802.5~1.25液位20~805.0~1.25常用副變量類型的控制器經(jīng)驗參數(shù)695.2.5控制器參數(shù)的工程整定一步整定法步驟：（1）在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運行的條件下，按照表所列的數(shù)據(jù)，將副控制器比例度調到某一適當?shù)臄?shù)值。（2）利用簡單控制系統(tǒng)中任一種參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù)。705.2.5控制器參數(shù)的工程整定（3）如果主、副對象時間常數(shù)相差不大，動態(tài)聯(lián)系密切，可能會出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象。

這時可適當減小副控制器的比例度或積分時間，以達到減小副回路操作周期的目的。

也可以加大主控制器的比例度或積分時間，以期增大主回路操作周期。715.2.5控制器參數(shù)的工程整定兩步整定法：（1）在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用運行的條件下，將主控制器的比例度先固定在100%的刻度上，逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比（如4：1）過渡過程下的副控制器比例度δ2S和操作周期T2S。725.2.5控制器參數(shù)的工程整定兩步整定法：（2）在副控制器比例度等于δ2S的條件下，逐步減小主控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時主控制器的比例度δ1S和操作周期T1S。（3）根據(jù)上面得到的δ1S、T1S、δ2S和T2S按表5-2或5-3的規(guī)定關系計算主、副控制器的比例度、積分時間和微分時間735.2.5控制器正反作用的選擇控制作用比例度δ/（%）積分時間TI/min微分時間TD/min比例δS比例微分1.2δS0.5TS比例積分微分0.8δS0.3TS0.1TS4:1衰減曲線法控制器參數(shù)計算表745.2.5控制器正反作用的選擇10:1衰減曲線法控制器參數(shù)計算表控制作用比例度δ/（%）積分時間TI/min微分時間TD/min比例δS’比例微分1.2δS’2T升比例積分微分0.8δS’1.2T升0.4T升過程控制裝置及系統(tǒng)設計752023/2/6（4）按“先副后主”、“先比例次積分后微分”的整定規(guī)律，將計算出的控制器參數(shù)加到控制器上。（5）觀察控制過程，適當調整，直到獲得滿意的過渡過程。如果出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，可采用加大主控制器或減小副控制器的參數(shù)整定值的方法來消除。5.2.5控制器參數(shù)的工程整定過程控制裝置及系統(tǒng)設計762023/2/65.3比值控制系統(tǒng)5.3.1基本概念過程控制裝置及系統(tǒng)設計772023/2/6實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。在需要保持比值關系的兩種物料中，必有一種物料處于主導地位，這種物料稱之為主物料。表征這種物料的參數(shù)稱之為主動量，用Q1表示，也稱為主流量。5.3.1基本概念(汽油燃燒)過程控制裝置及系統(tǒng)設計782023/2/6另一種物料按主物料進行配比，在控制過程中隨主物料而變化，稱為從物料。表征其特性的參數(shù)稱為從動量或副流量，用Q2表示。5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計792023/2/6比值控制系統(tǒng)按比值器參數(shù)是否變化可以分為定比值系統(tǒng)和變比值系統(tǒng)。定比值系統(tǒng)的比值器參數(shù)設定后就不再變化，變比值系統(tǒng)會按照某一工藝參數(shù)的要求不斷地自動修正比值器的參數(shù)。5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計802023/2/6定比值控制系統(tǒng)定比值控制系統(tǒng)可以分為開環(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)三種。5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計812023/2/6定比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計822023/2/6在該控制系統(tǒng)中，測量信號取自主物料Q1，但控制器的輸出卻去控制從物料的流量Q2，整個系統(tǒng)沒有閉環(huán)回路，并且系統(tǒng)中有一個比例控制器。定比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計832023/2/6優(yōu)點：結構簡單，只需一臺純比例控制器，比例度可以根據(jù)比值要求來設定。缺點：只能保持執(zhí)行器的閥門開度與主流量Q1之間成一定比例關系，對副流量Q2本身無抗干擾能力。適用范圍:副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場合。定比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計842023/2/6單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎上，增加了一個副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計852023/2/6單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計862023/2/6優(yōu)點:不但能實現(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比值的影響。主、副流量的比值較為精確。結構形式較簡單，實施起來也比較方便，尤其適用于主物料在工藝上不允許進行控制的場合。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計872023/2/6缺點：

主流量是不受控制的，當主流量變化時，總的物料量就會跟著變化，會導致總物料的波動較大。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計882023/2/6

雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在單閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎上又增加了主流量控制回路。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計892023/2/6雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計902023/2/6雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計912023/2/6系統(tǒng)具有兩個閉合回路，分別對主、副流量進行定值控制。同時，由于比值控制器的存在，使得主流量由受到干擾作用開始到重新穩(wěn)定在給定值這段時間內，副流量能跟隨主流量的變化而變化。這樣不僅實現(xiàn)了比較精確的流量比值，而且也確保了兩物料總量基本不變。

雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型過程控制裝置及系統(tǒng)設計922023/2/6另一個優(yōu)點是升降負荷比較方便，只要緩慢地改變主流量控制器的給定值，就可以升降主流量。同時副流量也就自動跟蹤升降，并保持兩者比值不變。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型932023/2/6變比值控制系統(tǒng)工藝上要求的比值K是指兩物料的體積流量或者質量流量之比，而構成控制系統(tǒng)單元的各組和儀表使用的是統(tǒng)一的標準信號。5.3.2比值控制系統(tǒng)的類型942023/2/6變比值控制系統(tǒng)5.3.3比值控制系統(tǒng)的設計和實施方案952023/2/6比值系數(shù)的折算（1）流量與測量信號成線性關系時的折算對于氣動儀表：對于DDZ-III型儀表，5.3.3比值控制系統(tǒng)的設計和實施方案962023/2/6比值系數(shù)的折算（2）流量與測量信號成非線性關系時的折算

DDZ-II型儀表DDZ-III型儀表QDZ型儀表5.3.3比值控制系統(tǒng)的設計和實施方案972023/2/6比值系數(shù)的折算（2）流量與測量信號成線性關系時的折算

三種儀表的比值設定系數(shù)和工藝比值系數(shù)的折算關系均是5.3.3比值控制系統(tǒng)的設計和實施方案982023/2/6比值控制的實施方案

（1）相乘方案主流量Q1的測量值乘上某一系數(shù)，作為副流量Q2控制器的給定值。常用的儀器有比值器、配比器、乘法器等。5.3.3比值控制系統(tǒng)的設計和實施方案992023/2/6比值控制的實施方案

（1）相乘方案但是如果K為變數(shù)時，必須用乘法器。此時，只需將比值設定信號換成第三參數(shù)的測量值就行了。當比值控制系統(tǒng)采用乘法器實施時，因為乘法器的比值系數(shù)不大于1，即：為了使主、副流量的比值在可變范圍內，要求在選擇儀表量程時應滿足：5.3.3比值控制系統(tǒng)的設計和實施方案1002023/2/6比值控制的實施方案

（2）相除方案

將副流量Q2與主流量Q1的測量值相除，將流量信號的比值作為比值控制器的測量值。采用的儀表是除法器。5.3.3比值控制系統(tǒng)的設計和實施方案1012023/2/6比值控制的實施方案

優(yōu)點：直觀，并可直接讀出比值，使用方便，它的可調范圍寬；缺點（除法器）：對象放大倍數(shù)會隨負荷而變化。負荷越小，對象的放大倍數(shù)越大。如果控制器的比例度不放寬，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性會顯得很差，若用了很大的比例度，則在大負荷時，控制系統(tǒng)的響應又會顯得很呆滯。5.3.4比值控制系統(tǒng)的整定1022023/2/6整定步驟：

（1）根據(jù)工藝要求的兩流量比值，進行比值系數(shù)計算。若采用乘法器，則需計算乘法器的一個相應輸入值；若采用除法器，則需計算比值控制器的設定值。5.3.4比值控制系統(tǒng)的整定1032023/2/6整定步驟：

（2）控制器需采用比例積分規(guī)律。整定時可先將積分時間置于最大，由大到小地調整比例度，直至系統(tǒng)處于振蕩與不振蕩的臨界過程為止。（3）在適當放寬比例度的情況下，一般放大20％，然后慢慢把積分時間減少，直到出現(xiàn)振蕩與不振蕩的臨界過程或微振蕩的過程。過程控制裝置及系統(tǒng)設計1042023/2/65.4均勻控制系統(tǒng)5.4.1均勻控制系統(tǒng)的組成1052023/2/6將這種保持兩個變量在規(guī)定范圍內均勻緩慢變化的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。均勻系統(tǒng)具有兩個特點：1）表征前后供求矛盾的兩個變量都應該是變化的，且變化是緩慢的。下圖反映出了不同控制系統(tǒng)的液位和流量變化情況。5.4.1均勻控制系統(tǒng)的組成1062023/2/6（a）只有液位控制（b）只有流量控制（c）液位和流量均勻控制5.4.1均勻控制系統(tǒng)的組成過程控制裝置及系統(tǒng)設計1072023/2/62）前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個變量應保持在允許的范圍內。均勻控制系統(tǒng)要求，即使在最大干擾作用下，液位在貯罐內的上下變化量仍不超過限定值；流量也不會超過波動的最大限定值。5.4.1均勻控制系統(tǒng)的組成過程控制裝置及系統(tǒng)設計1082023/2/62）從結構上可以分為簡單均勻控制系統(tǒng)、串級均勻控制系統(tǒng)和雙沖量均勻控制系統(tǒng)。5.4.1均勻控制系統(tǒng)的組成過程控制裝置及系統(tǒng)設計1092023/2/6簡單均勻控制系統(tǒng)這種均勻控制的結構簡單，但是克服閥前后壓力變化的影響、克服液位自衡作用的影響的效果較差。5.4.1均勻控制系統(tǒng)的組成串級均勻控制系統(tǒng)結構上和串級控制系統(tǒng)沒有差別。加一個副環(huán)流量控制系統(tǒng)，可以消除閥前后壓力變化的影響、克服液位自衡作用的影響。5.4.1均勻控制系統(tǒng)的組成過程控制裝置及系統(tǒng)設計1112023/2/6串級均勻控制系統(tǒng)5.4.1均勻控制系統(tǒng)的組成過程控制裝置及系統(tǒng)設計1122023/2/6雙沖量均勻控制系統(tǒng)雙沖量均勻控制系統(tǒng)是以兩個信號之差（或和）為被控變量，來達到均勻控制目的的系統(tǒng)。在結構上類似于，前饋—反饋控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，用減法器代替了控制器，結構簡單并且性能好，參數(shù)整定方便。5.4.2控制器的控制規(guī)律的選擇過程控制裝置及系統(tǒng)設計1132023/2/61）簡單均勻控制系統(tǒng)的控制器一般采用純比例作用，有時也可采用比例積分控制規(guī)律。2）串級均勻控制系統(tǒng)的主控制器一般采用純比例作用，也可采用比例積分控制規(guī)律。副控制器一般采用純比例作用。3）雙沖量均勻控制系統(tǒng)的控制器一般采用比例積分作用控制規(guī)律。5.4.2控制器的控制規(guī)律的選擇過程控制裝置及系統(tǒng)設計1142023/2/6加入積分作用的優(yōu)缺點：有利方面：1）可以避免由于長時間單方向干擾引起的液位越限。2）由于加入積分作用，比例度適當增加有利于液位存在高頻噪聲的場合。5.4.2控制器的控制規(guī)律的選擇過程控制裝置及系統(tǒng)設計1152023/2/6加入積分作用的缺點：1）一旦液位偏離給定值的時間長而幅值又大時，則積分作用會使控制閥全開或全關，造成流量較大的波動。2）由于積分的引入會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差3）積分作用的加入，由于積分飽和，會產(chǎn)生洪峰現(xiàn)象。5.4.3控制器的整定過程控制裝置及系統(tǒng)設計1162023/2/6經(jīng)驗逼近法

根據(jù)經(jīng)驗給主、副控制器設置一個適當?shù)膮?shù)值，然后由小而大地調整，使控制過程成為緩慢的非周期衰減過程，5.4.3控制器的整定過程控制裝置及系統(tǒng)設計1172023/2/6經(jīng)驗逼近法具體步驟為：1）先將主控制器的比例度放到一個適當?shù)慕?jīng)驗數(shù)值上，然后由小而大地調整副控制器的比例度，觀察過程曲線，直到出現(xiàn)緩變的非周期衰減過程。5.4.3控制器的整定過程控制裝置及系統(tǒng)設計1182023/2/62）將副控制器比例度固定在已整定好的數(shù)值上，由小而大地調整主控制器比例度，觀察過程曲線，求取更緩慢的非周期性衰減過程。3）根據(jù)對象具體情況，適當加入積分作用以避免同向干擾可能使被控變量波動超過允許范圍。5.4.3控制器的整定過程控制裝置及系統(tǒng)設計1192023/2/6停留時間法所謂停留時間t，就是操縱變量在被控對象的可控范圍內通過所需要的時間。t大約等于對象時間常數(shù)T的一半，即t≈T/2。因此，按停留時間整定控制器參數(shù)，實際上是按對象特性進行參數(shù)整定。具體步驟：1）根據(jù)上述兩個公式，計算出停留時間。2）副控制器選用比例作用時，按經(jīng)驗整定其比例度3）根據(jù)停留時間t，查表5-4確定主控制器的整定參數(shù)。若照顧流量，選用數(shù)值較大的一組參數(shù)；若要照顧液位，選用數(shù)值較小的一組參數(shù)；如兩者都需兼顧，則在兩組參數(shù)范圍內細心調整，直到滿足生產(chǎn)要求為止。5.4.3控制器的整定5.4.3控制器的整定過程控制裝置及系統(tǒng)設計1212023/2/6停留時間法停留時間（min）<2020~40>40比例度100%150%200%250%積分時間（min）51015過程控制裝置及系統(tǒng)設計1222023/2/65.5選擇性控制系統(tǒng)5.5.1選擇性控制系統(tǒng)的原理過程控制裝置及系統(tǒng)設計1232023/2/6

凡是在控制回路中引入選擇器的系統(tǒng)都稱為選擇性控制系統(tǒng)。常用的選擇器包括低值選擇器和高值選擇器兩種。選擇性控制系統(tǒng)在結構上使用選擇器，對兩個（或多個）控制器或者變送器的輸出信號進行選擇，以適應不同的工況。5.5.2選擇性控制系統(tǒng)的類型及應用過程控制裝置及系統(tǒng)設計1242023/2/6

選擇性控制系統(tǒng)可以分為開關型選擇性控制系統(tǒng)、連續(xù)型選擇性