前饋控制比值

前饋控制比值第1頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一問題1、如果加熱蒸汽壓力波動導致單回路控制效果不理想，怎么辦？2、如果工藝介質流量波動導致控制效果不理想，怎么辦？第2頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一換熱器的反饋控制假設主要干擾為RF，T1第3頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一單回路控制的仿真第4頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一換熱器的前饋控制方案第5頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋控制的思想D1，……，Dn為可測擾動；u，y分別為被控對象的操作變量與受控變量。前饋思想：在擾動還未影響輸出以前，直接改變操作變量，以使輸出不受或少受外部擾動的影響。前饋控制是基于不變性原理工作的，比反饋控制及時、有效不變性：干擾不為0時，被控變量的變化始終為0第6頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一不變性1絕對不變性：在擾動作用下，被控變量在整個過渡過程始終保持不變，即控制過程的動態(tài)和靜態(tài)偏差均為0。2誤差不變性：在擾動作用下，被控變量的波動小于一很小的值。工程上有現(xiàn)實意義。3穩(wěn)態(tài)不變性：在擾動作用下，穩(wěn)態(tài)時被控變量的偏差為0。如靜態(tài)前饋。與誤差不變性相結合，既能消除靜態(tài)偏差，又能滿足工藝上對動態(tài)偏差的要求。4選擇不變性：對若干個干擾選擇其中幾個主要干擾實現(xiàn)不變性補償。第7頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一絕對不變性：在擾動作用下，被控變量在整個過渡過程始終保持不變，即控制過程的動態(tài)和靜態(tài)偏差均為0NΔN

yy2(t)y1(t)tt不變性第8頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一誤差不變性（ε不變性）：在擾動作用下，被控變量的波動小于一很小的值。工程上有現(xiàn)實意義。不變性y1(t)y2(t)系統(tǒng)輸出y(t)ε第9頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一穩(wěn)態(tài)不變性：在擾動作用下，穩(wěn)態(tài)時被控變量的偏差為0。如靜態(tài)前饋。與誤差不變性相結合，既能消除靜態(tài)偏差，又能滿足工藝上對動態(tài)偏差的要求。不變性y1(t)y2(t)系統(tǒng)輸出y(t)第10頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一線性前饋控制方塊圖控制目標：開環(huán)

滿足輸出絕對不變性的前饋控制器是由系統(tǒng)對象的擾動通道特性和控制通道特性決定。當對象通道特性比較復雜時,前饋控制器復雜,難以實現(xiàn)。所以滿足絕對不變性的前饋控制器實現(xiàn)條件比較復雜。滿足穩(wěn)態(tài)不變性前饋控制器實現(xiàn)結構簡單,且穩(wěn)態(tài)誤差為0。靜態(tài)前饋控制第11頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋控制1.前饋控制是基于不變性原理工作的，比反饋控制及時、有效前饋控制系統(tǒng)的補償過程前饋控制是根據(jù)干擾的變化產(chǎn)生控制作用的。

反饋控制與前饋控制的檢測信號與控制信號有不同的特點：第12頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋控制

反饋控制的依據(jù)是被控變量與給定值的偏差，檢測的信號是被控變量，控制作用發(fā)生時間是在偏差出現(xiàn)以后。前饋控制的依據(jù)是干擾的變化，檢測的信號是干擾量的大小，控制作用的發(fā)生時間是在干擾作用的瞬間而不需等到偏差出現(xiàn)之后。第13頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋控制2.前饋控制是屬于“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)，而前饋控制是一個“開環(huán)”控制系統(tǒng)。

反饋控制由于是閉環(huán)系統(tǒng)，控制結果能夠通過反饋獲得檢驗，而前饋控制其控制效果并不通過反饋來加以檢驗。要想綜合一個合適的前饋控制作用，必須對被控對象的特性作深入的研究和徹底的了解。第14頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋控制3.前饋控制使用的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。前饋控制器的控制規(guī)律取決于干擾通道的特性與控制通道的特性。對于不同的對象特性，就應該設計具有不同控制規(guī)律的控制器。4.一種前饋作用只能克服一種干擾反饋控制只用一個控制回路就可克服多個干擾。

第15頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)框圖，有：則根據(jù)絕對不變性原理：Wff(S)Wf(S)Wo(S)++Y1(s)Y2(s)N(s)Y(s)第16頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一滿足輸出絕對不變性前饋控制器：滿足輸出絕對不變性的前饋控制器是由系統(tǒng)對象的擾動通道特性和控制通道特性決定。第17頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一

前饋控制器有兩種形式：靜態(tài)、動態(tài)1、靜態(tài)前饋控制器滿足穩(wěn)態(tài)不變性，取t->∞(即s->0)的值。即只取其通道增益。有：靜態(tài)前饋控制器是一個比例環(huán)節(jié)。擾動N

擾動輸出調節(jié)輸出系統(tǒng)輸出t->∞第18頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一

Wff(s)

Wo(s)

Wf(s)N擾動N

動態(tài)前饋要補償?shù)拿娣e動態(tài)過程產(chǎn)生的偏差擾動輸出前饋補償系統(tǒng)輸出2、動態(tài)前饋控制器動態(tài)前饋Wff(s)滿足絕對不變性：靜態(tài)前饋控制第19頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一常見擾動通道和控制通道特性為帶純滯后一階慣性環(huán)節(jié)。第20頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一動態(tài)前饋控制的可實現(xiàn)性可實現(xiàn)條件：（1）QFF(s)階次≤PFF(s)階次； （2）不滿足條件時怎么辦？動態(tài)前饋為純遲延,可實現(xiàn)；第21頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一可實現(xiàn)條件：（1）QFF(s)階次≤PFF(s)階次； （2）動態(tài)前饋控制的可實現(xiàn)性若條件（2）不滿足，若條件（1）不滿足，可令TDM=0。而一般GYD(s)與GYC(s)均用一階+純滯后近似。因而，工業(yè)系統(tǒng)中常用的動態(tài)前饋控制器為由此可得：在選擇控制通道時應選擇純遲延短的通道。動態(tài)前饋為純提前（Q、P抵消時）,不可實現(xiàn)?？扇藶榱畹?2頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一舉例：換熱器的前饋控制穩(wěn)態(tài)工作點：T1=20℃，RF=10T/hr，RV=2T/hr，Kv=800，T2=180℃。假設：T2溫度測量變送的量程為100-300℃，RV和RF的量程分別為0~5T/hr和0~25T/hr。第23頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一換熱器的線性前饋控制第24頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一換熱器的線性前饋控制（續(xù)）采用階躍響應方法測試各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模型：第25頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一線性前饋控制的仿真有余差第26頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一非線性穩(wěn)態(tài)前饋控制穩(wěn)態(tài)平衡關系：蒸汽汽化潛熱物料比熱容靜態(tài)前饋控制P68熱交換器是應用前饋控制較多的場合，換熱器有滯后大、時間常數(shù)大、反應慢的特性，前饋控制就是針對這種對象特性設計的，故能很好發(fā)揮作用。第27頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一非線性系統(tǒng)的動態(tài)前饋補償對于線性系統(tǒng)，動態(tài)前饋控制器可表示成靜態(tài)與動態(tài)兩部分：對于非線性系統(tǒng)，上式中靜態(tài)前饋部分可由對象的非線性靜態(tài)模型計算得到，而動態(tài)部分同樣可按線性對象處理。對于線性系統(tǒng)，動態(tài)補償算法為gYD(s)、gYC(s)分別表示通道特性的動態(tài)部分，其穩(wěn)態(tài)增益均為1動態(tài)前饋補償?shù)囊话阈问綖榈?8頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一非線性動態(tài)前饋控制器動態(tài)前饋控制器P69（g1(s)、g2(s)、g3(s)分別表示RVsp、T1、RF對系統(tǒng)輸出T2的通道特性的動態(tài)部分。）可在靜態(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。第29頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋控制與反饋控制的比較

前饋控制

反饋控制擾動可測，但不要求被控量可測被控量直接可測超前調節(jié)，可實現(xiàn)系統(tǒng)輸出的不變性（但存在可實現(xiàn)問題）按偏差控制，存在偏差才能調節(jié)（滯后調節(jié)）開環(huán)調節(jié)，無穩(wěn)定性問題閉環(huán)調節(jié)，存在穩(wěn)定性問題系統(tǒng)僅能感受有限個可測擾動系統(tǒng)可感受所有影響輸出的擾動對于干擾與控制通道的動態(tài)模型，要求已知而且準確對通道模型要求弱，大多數(shù)情況無需對象模型對時變與非線性對象的適應性弱對時變與非線性對象的適應性與魯棒性強專用控制器通用PID第30頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋加反饋控制第31頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一反饋控制的優(yōu)點：任何擾動對系統(tǒng)的影響均可消除；系統(tǒng)準確性高。反饋控制的缺點：有偏差才控制;不能事先規(guī)定調節(jié)器的輸出。將前饋、反饋控制結合可優(yōu)勢互補，揚長避短第32頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋、反饋控制分別在系統(tǒng)中作用：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。前饋-反饋控制方框圖Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-Y1

SpNY+Y2TC(S)Wff對象

Mff

ΣFSTCSpNY第33頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一干擾N對被控變量Y的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-Y1

SpNY+Y2TC(S)第34頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一應用絕對不變性條件：可推導出前饋控制器的傳遞函數(shù)：可見:前饋-反饋控制(FFC-FBC)系統(tǒng)實現(xiàn)完全補償?shù)臈l件與前饋控制(FFC)相同。第35頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋—反饋控制系統(tǒng)優(yōu)點：

（1）由于增加了反饋回路，只需對主要的干擾進行前饋補償，其它干擾可由反饋控制予以校正，大大簡化了原有前饋控制系統(tǒng)；

（2）反饋回路的存在，降低了前饋控制模型的精度要求；（3）負荷變化時，模型特性也要變化，可由反饋控制加以補償，因此系統(tǒng)具有一定自適應能力。

第36頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋反饋控制方案(換熱器)第37頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋＋反饋控制的仿真第38頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一SpWffNMffY1

Y2

Σ

TCFCFS前饋-串級控制方框圖Wff(S)Wf(S)Wo1(S)+-SpNYTC(S)+Wo2(S)FC(S)-前饋-串級復合控制系統(tǒng)利用串級控制副回路的特性，降低對執(zhí)行器要求：第39頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一同樣，可根據(jù)不變性條件推導Wff的傳遞函數(shù)式中，W’o2為副回路等效對象的傳遞函數(shù)：Wff(S)Wf(S)Wo1(S)+-SpNYTC(S)+Wo2(S)FC(S)-第40頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一

串級控制系統(tǒng)中副回路是一個很好的隨動系統(tǒng)，可把副回路近似處理為：應用不變性條件：可推導出前饋控制器的傳遞函數(shù)：

可見，無論哪種形式的前饋控制系統(tǒng)，其前饋控制器的傳遞函數(shù)均可表示為對象的干擾通道與控制通道的特性之比，并前面加以“負”號。第41頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋控制系統(tǒng)的應用原則

前饋控制系統(tǒng)的應用原則：（1）對象的滯后或純滯后（控制通道）較大，反饋控制難以滿足工藝要求，可以采用前饋控制把主要干擾引入前饋控制，構成前饋-反饋控制系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)中存在著可測、不可控、變化頻繁、幅值大且對被控變量影響顯著的干擾，可采用前饋控制大大提高控制品質。

（3）在決定選用前饋控制方案后，當靜態(tài)前饋能滿足工藝要求時，不必選用動態(tài)前饋。第42頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定1)Kff的整定（靜態(tài)）2)T1、T2的整定一般對象的純遲延并不明顯，因此動態(tài)前饋常采用:第43頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一1）Kff的整定重要性：如果Kff過小，補償不足。如果Kff過大，則相當對反饋控制回路施加了干擾，將會輸出錯誤的靜態(tài)前饋輸出。Kff的整定方法：

（1）開環(huán)整定方法：開環(huán)整定是在反饋回路斷開，使系統(tǒng)處于單純靜態(tài)前饋狀態(tài)下，施加干擾，Kff

由小逐步增大，直到被控變量回到給定值，此時Kff

為最佳值。

Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-NTC(S)+K第44頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一（2）閉環(huán)整定方法：Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-NTC(S)+K在FFC-FBC運行下整定方法：開關K打開，在只有反饋時，整定反饋控制器的參數(shù)；

第45頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一開關K閉合，使系統(tǒng)處于前饋—反饋狀態(tài)，施加同樣的干擾作用，由小而大逐漸改變Kff值。系統(tǒng)輸出為以下幾種情況:Kff=0無前饋Kff適當補償合適Kff太小欠補償Kff過大過補償欠補償,增大Kff,施加同樣干擾,看輸出過補償,減小Kff,施加同樣干擾,看輸出第46頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一2）T1、T2的整定

看過渡過程曲線，調參數(shù)的經(jīng)驗法：1.欠補償曲線：第一個峰值沒有大的減小。當T1過小或T2過大時，如圖(a)。2.過補償曲線：出現(xiàn)反向的過調輸出。當T1過大或T2過小時，如圖(b)。3.補償合適曲線：第一個峰值明顯減小，也未出現(xiàn)反向過調輸出當T1、T2分別接近或等于對象控制通道和干擾通道時間常數(shù)時，如圖(c)。yt(a)欠補償ty(b)過補償yt(c)補償合適動態(tài)前饋補償器T1和T2的整定第47頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一

特別說明：

由于過補償往往是前饋控制系統(tǒng)危險之源，它會破壞控制過程，甚至達到不能允許的地步。相反，欠補償卻是尋求合理的前饋動態(tài)參數(shù)的途徑。因此動態(tài)參數(shù)的整定應從欠補償開始，逐漸強化前饋作用，即增大T1

或減小T2，直至出現(xiàn)過補償?shù)内厔?，再略減前饋作用，便可獲滿意的控制過程。

欠補償曲線：增強前饋補償作用，T1↑或T2↓。

過補償曲線：減小前饋補償作用，T1↓或T2↑。直到出現(xiàn)補償合適曲線。第48頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制內容比值控制問題的由來；常用的比值控制方案與系統(tǒng)結構；流量比值與比值器參數(shù)的關系；變比值控制。第49頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一溶液配制問題問題：假設NaoH用量QB和稀釋水量QA可測并且QA可調。如果QB變化，如何調整以使稀釋液NaoH的濃度為6~8%左右？解決方案：（1）出口濃度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值？）。第50頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一流量比值控制問題要求：QA

/QB

=KAB（比值系數(shù)）而QB為主動流量，QA為可控量，要求設計一控制系統(tǒng)通過調節(jié)QA以實現(xiàn)上述比值控制目標。主物料、主動量（Q1

、主流量）從物料、從動量（Q2、副流量）需要保持比值關系的兩種物料中，處于主導地位物料控制量，稱之為主動量。按主物量進行配比變化的物料，在控制過程中隨主物料而變化，稱之為從動量。第51頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)的類型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)其它類型的比值控制系統(tǒng)第52頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)的類型1.開環(huán)比值控制系統(tǒng)

開環(huán)比值控制

開環(huán)比值控制方塊圖KF1F2比值比值器K對象控制閥變送器F1干擾隨著F1的變化，F(xiàn)2將跟著變化，滿足F2=K×F1的要求。F2第53頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)

結構簡單，只需一臺純比例控制器，其比例度可以根據(jù)比值要求來設定。主、副流量均開環(huán)；這種比值控制方案對副流量Q2本身無抗干擾能力。所以這種系統(tǒng)只能適用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場合。

開環(huán)比值控制系統(tǒng)第54頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)2.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值控制方案的不足，在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎上，通過增加一個副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)而組成的。

單閉環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖FCF1F2K單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)即實現(xiàn)從動量跟隨主動量變化而變化，又可克服從動量本身干擾對比值的影響。第55頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一

工作原理：

①

主流量Q1變化Q2跟隨Q1而變化比值K恒定（K=Q2/Q1）

②副流量Q2變化自身閉合回路進行調整維持Q2恒定

單閉環(huán)比值控制第56頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)

它能實現(xiàn)副流量隨主流量的變化而變化，還可以克服副流量本身干擾對比值的影響。結構簡單，實施方便，尤其適用于主物料在工藝上不允許進行控制的場合。雖然能保持兩物料量比值一定，但由于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。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)第57頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一舉例：丁烯洗滌塔進料與洗滌水比值控制從動量：洗滌水；主動量：含乙腈的丁烯餾分；實現(xiàn)洗滌水與含乙腈的丁烯餾分滿足比值K。KFC洗滌塔丁烯含乙腈的洗滌水洗滌水含乙腈的丁烯餾分FCSpF1F2KF1F2Sp第58頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一該系統(tǒng)存在的問題：1.由于主流量沒有定值控制要求，所以物料總量不固定。對實際生產(chǎn)過程產(chǎn)量沒有辦法保證。2.主流量回路的干擾也會影響物料總量。第59頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)3.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為保證主動量穩(wěn)定在給定值，使得總量穩(wěn)定。它是在單閉環(huán)比值控制的基礎上，增加了主流量控制回路而構成的。

雙閉環(huán)比值控制雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖即實現(xiàn)從動量跟隨主動量變化而變化，又克服干擾，保證輸出總量穩(wěn)定。SpF2KF1CF2CF1第60頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一

工作原理：①具有兩個閉合回路，可以克服各自的外界擾動，使主、副流量度比較平穩(wěn)；

②兩流量之間的比值通過比值器實現(xiàn)雙閉環(huán)比值控制第61頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)

實現(xiàn)了比較精確的流量比值，也確保了兩物料總量基本不變。提降負荷比較方便，只要緩慢地改變主流量控制器的給定值，就可以提降主流量，同時副流量也就自動跟蹤提降，并保持兩者比值不變。結構較復雜，使用的儀表較多，投資較大，系統(tǒng)調整較麻煩。主要適用于主流量干擾頻繁、工藝上不允許負荷有較大波動或工藝上經(jīng)常需要提降負荷的場合。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)第62頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一

以上三種方案的共同點：都以保持兩物料流量比值一定為目的，比值計算器的參數(shù)經(jīng)計算設置好后不再變動，工藝要求的實際流量比值也固定不變。因此，統(tǒng)稱為定比值控制系統(tǒng)。定比值控制系統(tǒng)

第63頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一1）流量之間實現(xiàn)一定比例僅僅是保證產(chǎn)品質量的一種手段，而定比值控制的各種方案只考慮如何來實現(xiàn)這種比值關系，沒有考慮成比例的兩種物料混合或反應后最終質量是否符合工藝要求。因此，從最終質量看這種定比值方案，系統(tǒng)是開環(huán)的。2）由于工業(yè)生產(chǎn)過程的擾動因素很多，當系統(tǒng)中存在著除流量擾動以外的其它擾動（如溫度、壓力、成分以及反應器中催化劑老化等的擾動）時，原來設定的比值器參數(shù)就不能保證產(chǎn)品的最終質量，需重新設置。定比值控制的缺點第64頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)4.變比值控制系統(tǒng)要求兩種物料的比值能靈活地隨第三變量的需要加以調整，這樣就出現(xiàn)一種變比值控制系統(tǒng).含義：按照一定的工藝指標，自行修正比值系數(shù)的比值控制系統(tǒng)。即：主動量與從動量的比值按照第三參數(shù)的需要而變化。

注意：第三參數(shù)必須可連續(xù)的測量變送，否則系統(tǒng)將無法實施。第65頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)4.變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)變換爐:使半水煤氣在觸媒的作用下與水蒸氣發(fā)生反應，把半水煤氣中的CO轉化成合成氨所需要的H2和易于洗滌吸收的CO2.變換爐生產(chǎn)過程中，半水煤氣與水蒸氣的量需保持一定比值，但比值要隨觸煤層的溫度變化而變化，才能在較大負荷變化下保持良好的控制質量.變比值控制系統(tǒng)方塊圖實際比值作為流量控制器的測量值,而其給定值來自TC.調節(jié)蒸汽量（實際調整了比值）使T恒定第66頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一氨氣+空氣生產(chǎn)硝酸氧化爐溫度對氨氣/空氣串級比值控制系統(tǒng)工作原理：

氨氣+空氣按照一定比值進入氧化爐，在鉑觸媒作用，840度溫度下，放熱反應產(chǎn)生硝酸和一氧化氮。

氨氣濃度對溫度又有影響，濃度每下降1%，溫度下降64度。所以比值不是定值，要補償溫度的變化要求：T在一定范圍保持恒定

影響T的主要因素：氨和空氣的比值?！?/p>

FCTC空氣F1氨氣F2混合氧化爐預熱FTFT空氣/氨氣溫度空氣F1主控制器除法器氨氣F2副控制器-控制閥主對象測量變送測量變送流量對象主測量變送氧化爐溫度對氨氣/空氣串級比值控制系統(tǒng)方框圖第67頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一穩(wěn)態(tài)時工作原理：主、副流量恒定，它們分別經(jīng)測量變送器、開方運算器后，送除法器相除，除法器的輸出表征了它們的比值，同時作為比值控制器的測量信號。這時表征最終質量指標的主參數(shù)y也恒定所以主控制器輸出信號穩(wěn)定，且和比值測量信號相等，比值控制器輸出也穩(wěn)定，控制閥開度一定，產(chǎn)品質量合格。變比值控制系統(tǒng)第68頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一擾動下的工作原理：

①當系統(tǒng)中出現(xiàn)除流量擾動外的其它擾動，引起主參數(shù)變化時，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)穩(wěn)定。

②對于進入系統(tǒng)的主流量Q1擾動，由于比值控制回路的快速隨動跟蹤，使副流量按照Q2=KQ1關系變化，以保持主參數(shù)穩(wěn)定，它起了靜態(tài)前饋作用。變比值控制系統(tǒng)第69頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一擾動下的工作原理：

③對于副流量本身的擾動，同樣可以通過自身的控制回路克服，它相當于串級控制系統(tǒng)的副回路。

變比值控制系統(tǒng)第70頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一變比值控制的實質：變比值控制系統(tǒng)實質上是一種靜態(tài)前饋-串級控制系統(tǒng)。由于兩流量比值是由表征最終質量的第三參數(shù)給出的，也有人把這種變比值控制系統(tǒng)稱為第三參數(shù)給定的比值控制系統(tǒng)。變比值控制系統(tǒng)第71頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值系數(shù)的計算比值控制通過比值器比值實現(xiàn)。工藝上流量比值k(KAB)是兩流體的重量或體積流量之比；比值器:輸入、輸出為統(tǒng)一的標準信號（電量），系統(tǒng)的實際被控參數(shù)要通過測量變送轉變?yōu)殡娏?。必須把工藝上的比值k(KAB)折算為儀表上的比值系數(shù)K，進行比值設定。儀表比值系數(shù)K與流量的比值k(KAB)是兩個不同的概念，不能混淆。儀表比值系數(shù)K大小與比值k(KAB)和測量變送器的特性、量程有關。第72頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一儀表比值系數(shù)K的計算:

存在兩種情況：

1)當用與被測量是線性關系的儀表測量時

2)當用與被測量是非線性關系的儀表測量時

第73頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值器的設定

(線性對象)穩(wěn)態(tài)條件:IA=I0假設流量測量變送環(huán)節(jié)為線性對象。對DDZIII型儀表,比值器的輸入輸出關系為令：DDZ-Ⅲ型儀表:流量范圍：0→Qmax變送器輸出：4-20mA實際流量Q對應的輸出電流I第74頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一穩(wěn)態(tài)條件:比值器的設定1（線性對象）第75頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一

用差壓法測量流量，但未經(jīng)開方器運算處理時，流量與差壓信號成非線性關系。

例：DDZ-Ⅲ型儀表差壓范圍：0→Δpmax

變送器輸出：4-20mA實際流量Q對應的輸出電流Ⅰ

：流量與測量信號呈非線性關系第76頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值器的設定2

(非線性對象)假設流量測量變送環(huán)節(jié)為非線性對象。對DDZIII型儀表,比值器的輸入輸出關系為第77頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一①流量與測量信號呈線性關系

②流量與測量信號呈非線性關系

K：比值系數(shù)（統(tǒng)一電信號）k：流量比值（重量或體積流量之比）比值控制系統(tǒng)的實施

第78頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一①乘法器方案

原理：Q2=KQ1，將Q1的測量值乘以比值K，作為Q2流量控制器的設定值。圖中

х（乘號）表示乘法器。它是單元組合儀表中的一個計算單元，能實現(xiàn)對兩個信號相乘或對一個信號乘以一個常系數(shù)的運算。比值控制系統(tǒng)的實施

*第79頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)的實施

①乘法器方案

設計任務：按照工藝要求的流量比值k來正確設置圖中儀表的比值系數(shù)K。

比值系數(shù)K的計算：差壓變送器后經(jīng)過開方器運算，按式計算K*第80頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一①乘法器方案

優(yōu)點：性能穩(wěn)定，精度高，比值系數(shù)調整方便

缺點：可調范圍不寬，K=0~1

即：用乘法器構成的比值控制系統(tǒng)，乘法器的比值系數(shù)總是小于或等于1比值控制系統(tǒng)的實施

第81頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一②除法器方案

除法器也是單元組合儀表中的一個計算單元，由于它能實現(xiàn)兩個信號相除的運算，所以可用它來構成比值控制系統(tǒng)

優(yōu)點：直觀（除法器的輸出直接代表了兩個流量信號的比值），使用方便，可調范圍寬。比值控制系統(tǒng)的實施

第82頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一②除法器方案缺點：

a.小負荷時系統(tǒng)不易穩(wěn)定；

b.對象放大倍數(shù)隨負荷而變化原因：比值計算包括在控制回路中，對象的放大倍數(shù)在不同負荷下變化較大，負荷小時，系統(tǒng)不易穩(wěn)定。比值控制系統(tǒng)的實施

第83頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一②除法器方案(缺點)

分析：對象：輸入為Q2放大倍數(shù)：輸出為K

比值控制系統(tǒng)的實施

對象Q2K第84頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)的實施

②除法器方案(缺點)

分析：當流量與測量信號呈線性關系時，

第85頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)的實施

②除法器方案(缺點)

由上式可知，負荷Q2越小，對象的放大倍數(shù)越大。如果控制器的比例度不放寬，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會變差。然而，如果用了很大的比例度，則在大負荷時，控制系統(tǒng)的響應又會變慢。由于除法器是一個非線性環(huán)節(jié)，當主、副流量有較大的變化時，整個系統(tǒng)的放大倍數(shù)也將發(fā)生變化，造成控制質量惡化，從而必須重新調整控制器參數(shù)，故在使用上受到一定限制。在比值控制器中，應盡量少用除法器，一般可用乘法器來替代。第86頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一1）設計內容

主、從動量的確定；控制方案的選擇；控制器控制規(guī)律的確定；比值系數(shù)K的選取范圍比值控制系統(tǒng)的設計、投運與整定第87頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一主、從動量的確定控制方案的選擇生產(chǎn)過程中主要物料的流量為主動量，次要物料的流量為從動量。兩物料中有一個物料的量為可測但不可控為主動量，可控的物料為從動量。如果兩種物料中一種供應不成問題，而另一種物料可能供應不足，此時選供應不足的物料為主動量。根據(jù)各控制方案的特點及工藝的具體情況而確定。如負荷變化、擾動性質、控制要求等選擇。比值控制系統(tǒng)的設計控制器控制規(guī)律的選擇根據(jù)不同控制方案和控制要求而確定。一般單閉環(huán)比值控制，從動回路控制器選PI；雙閉環(huán)比值控制，主、從動回路控制器都選PI；第88頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一a、根椐工藝規(guī)定的要求比值k，計算實際組成的控制方案測量比值系數(shù)K。b、比值系數(shù)K不一定要精確設置，可在投運中逐漸校正，直至工藝認為合格為止。比值系數(shù)K的選取范圍：一般，比值系數(shù)K的選取范圍：采用相乘形式：K值既不能太小，也不能太大；采用相除形式：K值取0.5~0.8第89頁，共100頁，2023年，2月20日，星期一比值控制系統(tǒng)的投運比值系統(tǒng)投運方法與單回路控制系統(tǒng)投運方法相同

了解工藝，吃透控制系統(tǒng)的設