串級(jí)控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)

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1、 組 成 ：一 個(gè) 調(diào) 節(jié) 器 ， 一 個(gè) 控 制 閥 ， 一 個(gè) 被 控 制 對(duì) 象 ， 一 個(gè)測(cè) 量 變 送 器 Gc(s) Gv(s) G(s)Gm(s)R(s) Y(s) 單 回 路 控 制 系 統(tǒng) 方 框 圖 定 義 :就 是 采 用 兩 個(gè) 控 制 器 串 聯(lián) 工 作 ， 主 控 制 器的 輸 出 作 為 副 控 制 器 的 設(shè) 定 值 ， 由 副 控 制 器 的輸 出 去 操 縱 控 制 閥 ， 從 而 對(duì) 主 被 控 變 量 具 有 更好 的 控 制 效 果 。 在 多 回 路 控 制 系 統(tǒng) 中 ,有 兩 個(gè) 被 控 過 程 ,兩 套測(cè) 量 變 送 裝 置 , 兩 臺(tái) 控 制

2、 器 和 一 個(gè) 調(diào) 節(jié) 閥 構(gòu) 成的 系 統(tǒng) 3-1 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) 的 概 念 圖 3.1反 應(yīng) 器 溫 度 控 制 系 統(tǒng)夾 套 槽 壁例 3-1 連 續(xù) 槽 反 應(yīng) 器 溫 度 控 制1) 采 用 單 回 路 控 制分 析 ： 當(dāng) 冷 卻 水 方 面 發(fā) 生 擾 動(dòng) ， 需相 繼 通 過 3個(gè) 容 積 后 ， 1才 升 高 ，調(diào) 節(jié) 器 才 動(dòng) 作 。物 料 方 面 擾 動(dòng) D1: 流 量 ,入 口 溫 度 ,化 學(xué) 成 分冷 卻 水 擾 動(dòng) D2: 入 口 溫 度 , 閥 前 壓 力圖 3.2 反 應(yīng) 器 單 回 路 控 制 系 統(tǒng)調(diào) 節(jié) 器 調(diào) 節(jié) 閥 夾 套 槽 壁 反

3、應(yīng) 槽溫 度 測(cè) 量D2 D11r 12對(duì) 象 有 三 個(gè) 熱 容 積 ： 夾 套 、 槽壁 、 槽 中 的 物 料 。 2） 采 用 串 級(jí) 控 制特 點(diǎn) ： 兩 個(gè) 調(diào) 節(jié) 器 串 在 一 起 工 作 ， 調(diào) 節(jié) 器 C2通 過 調(diào) 節(jié) 冷 卻 劑 量 以 克 服 冷 卻 水 方 面 的 擾 動(dòng) ； 調(diào) 節(jié) 器 C1 通 過 調(diào) 節(jié) 夾 套 內(nèi) 水 溫 的 設(shè) 定 值 以 保 證 反 應(yīng) 溫 度維 持 在 工 藝 所 希 望 的 某 一 給 定 值 。 1溫 度 測(cè) 量主 調(diào) 節(jié) 器 調(diào) 節(jié) 閥 夾 套 槽 壁 反 應(yīng) 槽D2 D11r 2副 調(diào) 節(jié) 器 溫 度 測(cè) 量 反 應(yīng) 器 的 溫

4、 度 串 級(jí) 控 制 方 框 圖 例 3-2 精 餾 塔 提 餾 段 的 溫 度 控 制1、 簡 單 控 制 系 統(tǒng) 方 案 調(diào) 節(jié) 器 調(diào) 節(jié) 閥 蒸 汽 管 路 再 沸 器 塔 底溫 度 測(cè) 量D2(蒸 汽 壓 力 )r D1Q被 調(diào) 量 ： 提 餾 段 溫 度 擾 動(dòng) D2： 加 熱 蒸 汽 壓 力擾 動(dòng) D1： 加 料 方 面 的 擾 動(dòng) ，如 溫 度 、 流 量 、 組 分 等缺 點(diǎn) ： 從 調(diào) 節(jié) 閥 動(dòng) 作 到 溫 度變 化 ， 需 通 過 很 多 熱 容 積 。調(diào) 節(jié) 滯 后 。 2、 兩 種 改 進(jìn) 方 案 ：(1) 附 加 蒸 汽 壓 力 控 制 方 案 圖 3.6 附 加

5、 蒸 汽 壓 力 控 制 方 案 把 蒸 汽 壓 力 的 干 擾克 服 在 入 塔 前 ， 提高 了 溫 度 調(diào) 節(jié) 品 質(zhì) ，但 需 增 加 一 個(gè) 調(diào) 節(jié)閥 ， 且 增 加 了 蒸 汽管 路 的 壓 力 損 失 ，經(jīng) 濟(jì) 上 不 合 理 。 (2) 串 級(jí) 控 制 方 案 （ 好 ）主 調(diào)節(jié) 器 調(diào) 節(jié)閥 蒸 汽 管路 系 統(tǒng) 再 沸器 塔 底 溫 度 測(cè) 量 D2r D1副 調(diào)節(jié) 器 流 量 測(cè) 量Qr Q 圖 3.8 提 餾 段 溫 度 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng)QC2QC1優(yōu) 點(diǎn) ： 有 效 地 克 服 蒸 汽壓 力 波 動(dòng) 對(duì) 溫 度 的 影響 。C2控 制 流 量 穩(wěn) 定 ， C1控

6、 制 溫 度 穩(wěn) 定 。 通 用 的 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng)主 調(diào)節(jié) 器 調(diào) 節(jié)閥 副 對(duì) 象 主 對(duì) 象主 變 送 器 二 次 擾 動(dòng) 一 次 擾 動(dòng)副 調(diào)節(jié) 器 副 變 送 器 主 參 數(shù) 設(shè) 定 主 參 數(shù)副 參 數(shù)副 回 路1) 在 結(jié) 構(gòu) 上 ， 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) 由 兩 個(gè) 閉 環(huán) 組 成 副 回 路 起 “ 粗 調(diào) ” 作 用 ， 主 回 路 起 “ 細(xì) 調(diào) ” 作 用 。2) 每 個(gè) 閉 環(huán) 都 有 各 自 的 調(diào) 節(jié) 對(duì) 象 ， 調(diào) 節(jié) 器 和 變 送 器3) 調(diào) 節(jié) 閥 由 副 調(diào) 節(jié) 器 直 接 控 制 隨 動(dòng) 控制 系 統(tǒng)定 值 控制 系 統(tǒng) 主 回 路 主 、

7、副 回 路在 外 面 的 閉 合 回 路 稱 為 主 回 路 (主 環(huán) )， 在 里 面 的 閉 合 回 路 稱 為 副 回 路 (副 環(huán) )。 主 、 副 控 制 器處 于 主 回 路 中 的 控 制 器 稱 為 主 控 制 器 ； 處 于 副 回 路 中 的 控 制 器 稱 為 副 控 制 器 。 主 、 副 變 量主 回 路 的 被 控 變 量 稱 為 主 被 控 變 量 ， 也 稱 為 主 變 量 或主 參 數(shù) ； 副 回 路 的 被 控 變 量 稱 為 副 被 控 變 量 ， 也 稱 為 副 變 量 或副 參 數(shù) 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) 中 的 名 詞 ： 主 、 副 對(duì) 象主 回

8、路 所 包 括 的 對(duì) 象 稱 為 主 對(duì) 象 ； 副 回 路 所 包 括 的 對(duì) 象 稱 為 副 對(duì) 象 。 主 、 副 變 送 器檢 測(cè) 和 變 送 主 變 量 的 稱 為 主 檢 測(cè) 變 送 器 ； 檢 測(cè) 和 變 送 副 變 量 的 稱 為 副 檢 測(cè) 變 送 器 。 一 、 二 次 干 擾進(jìn) 入 主 回 路 的 干 擾 稱 為 一 次 干 擾 ； 進(jìn) 入 副 回 路 的 干 擾 稱 為 二 次 干 擾 。 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) 中 的 名 詞 ： 串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖 Gm2 y1,sp y2,sp y2ym2 y1ym1 G m1 Gc1 Gc2 Gv Gp2 D2 D1Gp1副

9、回 路 主 回 路 G p2(s) 串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性 Gm2 ym2Gc2 Gv Gp2 D2 y2y2,sp 2221 1 mpvc GGGG+ 222 221 mpvc pvc GGGG GGG+ D2(s)(2 sD y2(s)y2,sp G p2(s) 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（ 1） 副 回 路 （ 內(nèi) 環(huán) ） 具 有 快 速 調(diào) 節(jié) 作 用 ， 它 能 有 效 地 克 服 二 次 擾 動(dòng) 的 影 響 ；由 于 22222 1 1)( )( mpvc GGGGsD sD +而 對(duì) 于 動(dòng) 態(tài) 滯 后 較 小 的 副 回 路 ， 有1222 mpvc GGGG 22 DD （ 2） 由

10、于 內(nèi) 環(huán) 起 了 改 善 對(duì) 象 動(dòng) 態(tài) 特 性 的 作 用 ， 因 此 可 以加 大 主 調(diào) 節(jié) 器 的 增 益 ， 提 高 系 統(tǒng) 的 工 作 頻 率 。 設(shè) 副 回 路 中 各 環(huán) 節(jié) 傳 遞 函 數(shù) 為 STKKSGKSG KSGST KSG PPVV CCP PP 1 )KKKK1 ST1 KKKK1 KKK (S)GSGSGSG1 SGSGSGSR SYSG )(;)( ;)(;1)( 22P2m 2VC2 P2 M2P2VC2 P2VC2 m 2P2VC2 P2VC222P2 2m2m 222 22 + + （ ）（）（）（ ）（）（）（）（ ）（） （則1 K C2K VK

11、P2K m21 TP2TP2 等 效 對(duì) 象 的 時(shí) 間 常 數(shù) 縮 小 了 ， 加 快 了 副 環(huán) 的 響 應(yīng) 速 度 ，提 高 了 系 統(tǒng) 的 工 作 頻 率 。 （ 3） 對(duì) 負(fù) 荷 或 操 作 條 件 的 變 化 具 有 一 定 的 自 適 應(yīng) 能 力對(duì) 于 內(nèi) 環(huán) 等 效 對(duì) 象 的 增 益 222 22 2 1 mpvc pvcp KKKK KKKK +當(dāng) 1 222 mpvc KKKK 2 2 1 mp KK 結(jié) 論 ： 當(dāng) 副 回 路 增 益 足 夠 大 時(shí) ， 使 主 回 路 的 特 性 基 本 上 和 副 對(duì) 象 、 調(diào) 節(jié) 閥 的 增 益 無 關(guān) （ 系 統(tǒng) 的 “魯 棒

12、 性 ”強(qiáng) ） 。 串級(jí)控制特點(diǎn)總結(jié)：1) 在 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 上 , 它 是 由 兩 個(gè) 串 接 工 作 的 控 制 器 構(gòu) 成 的 雙 閉 環(huán)控 制 系 統(tǒng) . 其 中 主 回 路 是 定 值 控 制 ， 副 回 路 是 隨 動(dòng) 控 制 2) 副 回 路 的 引 入 ， 大 大 克 服 了 二 次 擾 動(dòng) 對(duì) 系 統(tǒng) 被 調(diào) 量 的 影響3) 副 回 路 的 引 入 , 提 高 了 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 響 應(yīng) 速 度 ,使 其 快 速 性 得到 了 提 高 4) 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) 對(duì) 負(fù) 荷 或 操 作 條 件 的 變 化 有 一 定 的 自 適 應(yīng) 能力 串級(jí)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對(duì)

13、 象 的 滯 后 和 時(shí) 間 常 數(shù) 很 大 、 干擾 作 用 強(qiáng) 而 頻 繁 、 負(fù) 荷 變 化 大 、 對(duì) 控 制 質(zhì) 量 要 求 較 高 的 場(chǎng) 合 。 串 級(jí) 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 和 實(shí) 施 中 的 幾 個(gè) 問 題考 慮 的 問 題 : 副 回 路 的 設(shè) 計(jì) , 副 參 數(shù) 的 選 擇 . 主 副 回 路 之 間 的關(guān) 系 , 兩 個(gè) 調(diào) 節(jié) 器 可 能 產(chǎn) 生 的 問 題 .副 回 路 的 設(shè) 計(jì) 主 要 是 如 何 選 擇 副 參 數(shù) 其 設(shè) 計(jì) 原 則 為 ：n副 參 數(shù) 的 選 擇 應(yīng) 使 副 對(duì) 象 的 時(shí) 間 常 數(shù) 比 主 對(duì)象 的 時(shí) 間 常 數(shù) 小 ， 調(diào) 節(jié)

14、通 道 短 ， 反 應(yīng) 靈 敏 ； n副 回 路 應(yīng) 包 含 被 控 對(duì) 象 所 受 到 的 主 要 干 擾 ； n盡 可 能 將 帶 有 非 線 性 或 時(shí) 變 特 性 的 環(huán) 節(jié) 包 含于 副 回 路 中 。 選 擇 夾 套 溫 度 作 為 副 參 數(shù) ,可 迅 速 反 映 冷 水 側(cè) 的 干 擾 ， 然 后加 以 克 服 。主 調(diào) 節(jié) 器 調(diào) 節(jié) 閥 夾 套 槽 壁 反 應(yīng) 槽溫 度 測(cè) 量 D2 D11r 副 調(diào) 節(jié) 器 溫 度 測(cè) 量2r 2 1 串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例 精 餾 塔 提 餾 段 溫 度 控 制 的 不 同 串 級(jí) 方 案 串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例副 回 路 的 快

15、速 性 與 副 回 路 所 能 包 括 的 擾 動(dòng) 范 圍 之間 的 矛 盾 （ 1） 副 參 數(shù) 為 加 熱 蒸 汽 （ 作 用 線 1）主 調(diào) 節(jié) 器 調(diào) 節(jié)閥 蒸 汽 管路 系 統(tǒng) 再 沸器 塔 底溫 度 測(cè) 量 D2r D1副 調(diào)節(jié) 器 流 量 測(cè) 量Qr Q 控 制 方 案 1方 框 圖分 析 ： 可 保 持 加 熱 量 穩(wěn) 定 ， 它只 能 快 速 消 除 因 蒸 汽 汽 源 壓 力或 冷 凝 壓 力 變 化 引 起 的 擾 動(dòng) 。由 于 蒸 汽 流 量 對(duì) 象 的 滯 后 非 常小 ， 當(dāng) 用 流 量 作 副 變 量 時(shí) ， 并不 能 使 串 級(jí) 系 統(tǒng) 的 頻 率 有 多 少提

16、 高 ， 對(duì) 克 服 其 它 擾 動(dòng) 不 明 顯 。 主 調(diào)節(jié) 器 調(diào) 節(jié)閥 蒸 汽 管路 系 統(tǒng) 再 沸器 塔 底溫 度 測(cè) 量 D2r D1副 調(diào)節(jié) 器 流 量 測(cè) 量Qr Q 控 制 方 案 2方 框 圖 P（ 2） 副 參 數(shù) 為 調(diào) 節(jié) 閥 后 的 蒸 汽 壓 力（ 作 用 線 2） ：分 析 ： 把 加 熱 蒸 汽 側(cè) 的 擾 動(dòng) 完全 包 括 在 副 環(huán) 之 內(nèi) ， 與 1相 比 ，副 環(huán) 中 包 括 了 更 大 的 時(shí) 間 常 數(shù) ，有 助 于 改 善 主 環(huán) 的 調(diào) 節(jié) 性 能 。 （ 3） 副 參 數(shù) 為 再 沸 器 的 蒸 發(fā) 量 （ 作 用 線 3） ： 把 再 沸 器

17、 側(cè) 的 擾 動(dòng) 包 括 在 副 環(huán) 內(nèi) （ 再 沸 器 液 位 、 塔 釜 溫 度等 ） ， 有 助 于 改 善 主 環(huán) 的 調(diào) 節(jié) 性 能 ， 但 副 環(huán) 克 服 蒸 汽 方 面 的擾 動(dòng) 要 慢 些 。 目 的 ： 避 免 副 環(huán) 進(jìn) 入 高 增 益 區(qū) ， 避 免 產(chǎn) 生 串 級(jí) 共 振現(xiàn) 象 .共 振 現(xiàn) 象 ： 如 果 主 回 路 的 工 作 頻 率 接 近 副 回 路 的 諧振 頻 率 ， 則 副 回 路 將 呈 現(xiàn) 出 很 高 的 增 益 和 較 大 的 相位 滯 后 ， 這 時(shí) 反 過 來 將 嚴(yán) 重 影 響 主 回 路 的 穩(wěn) 定 性 ，從 而 使 主 副 參 數(shù) 長 時(shí)

18、間 地 大 幅 度 地 波 動(dòng) 的 現(xiàn) 象 。結(jié) 論 ： 2 1 1 23 3d d d dT T 或一 般 取 ：1 2(310) 10d dT T d2 d1或 =(3 )Td1為 主 回 路 時(shí) 間 常 數(shù) ， Td2為 副 回 路 時(shí) 間 常 數(shù) 1、 若 副 調(diào) 節(jié) 器 是 P作 用 ， 主 調(diào) 節(jié) 器 是 PI或 PID作 用 時(shí) ，抗 積 分 飽 和 措 施 與 單 回 路 系 統(tǒng) 相 同 。2、 若 主 副 調(diào) 節(jié) 器 均 有 積 分 作 用 ， 積 分 飽 和 比 單 回 路 系統(tǒng) 更 嚴(yán) 重 。措 施 ： 根 據(jù) 副 回 路 的 偏 差 來 防 止 主 調(diào) 節(jié) 器 積 分

19、飽 和 的方 案 。 y1sp(t) uKCe(t) 11+sTA sT DDD 11+sTI 串 級(jí) 系 統(tǒng) 主 控 制 器防 積 分 飽 和 連 接 方 法 ym2(t)ym1(t) 串 級(jí) 系 統(tǒng) 中 調(diào) 節(jié) 器 正 反 作 用 方 式 的 選 擇1) 根 據(jù) 工 藝 安 全 要 求 ， 選 擇 調(diào) 節(jié) 閥 的 氣 開 ， 氣 關(guān) 形 式2) 將 副 回 路 當(dāng) 作 一 個(gè) 獨(dú) 立 的 閉 回 路 ， 按 照 使 副 環(huán) 形 成 一 個(gè) 負(fù) 反 饋 的 原 則 確 定 副 調(diào) 節(jié) 器 的 正 反 作 用 方 式3) 將 整 個(gè) 副 回 路 當(dāng) 作 主 回 路 的 一 個(gè) 環(huán) 節(jié) , 其

20、作 用 方 式 總 為 正 . 再 來 確 定 主 調(diào) 節(jié) 器 的 作 用 方 式 . y主 調(diào) 節(jié) 器 調(diào) 節(jié) 閥 副 對(duì) 象 主 對(duì) 象主 變 送 器r 副 調(diào) 節(jié) 器 副 變 送 器 總 為 調(diào) 節(jié) 器 的 選 型 和 整 定 方 法副 調(diào) 節(jié) 器 ： 副 調(diào) 節(jié) 器 常 選 擇 P或 PI控 制 律 原 因 ： 消 除 副 回 路 內(nèi) 的 二 次 擾 動(dòng) ， 快 速 性 ， 不 要 求 無 差一 般 選 P調(diào) 節(jié) 器 ， 當(dāng) 主 副 環(huán) 頻 率 相 差 很 大 ， 可 選 PI調(diào) 節(jié) 器 。主 調(diào) 節(jié) 器 ： 一 般 采 用 PI或 PID控 制 規(guī) 律原 因 ： 主 回 路 的 任

21、務(wù) 是 滿 足 主 參 數(shù) 的 定 值 控 制 要 求 。 因 而對(duì) 于 主 參 數(shù) 為 溫 度 的 串 級(jí) 系 統(tǒng) ， 主 調(diào) 節(jié) 器 必 須 加 入 較 強(qiáng) 的積 分 作 用 （ 除 主 參 數(shù) 為 液 位 的 串 級(jí) 均 勻 控 制 系 統(tǒng) 以 外 ） 。當(dāng) 主 對(duì) 象 的 調(diào) 節(jié) 滯 后 較 大 ， 而 主 參 數(shù) 變 化 較 平 緩 時(shí) ， 可 加入 通 常 大 小 的 微 分 作 用 。 1、 逐 步 逼 近 法 (比 較 費(fèi) 時(shí) )它 是 一 種 依 次 整 定 副 環(huán) ， 主 環(huán) ， 然 后 循 環(huán) 進(jìn) 行 ， 逐 步 接 近 主 ， 副 環(huán) 的 最佳 整 定 的 一 種 方

22、法 其 步 驟 為 ： 首 先 整 定 副 環(huán) . 斷 開 主 環(huán) ,按 單 回 路 整 定 副 環(huán) ,求 取 副 調(diào) 節(jié) 器 的 整 定 參 數(shù) . 整 定 主 環(huán) 整 定 好 的 副 環(huán) 作 為 主 環(huán) 中 的 一 個(gè) 環(huán) 節(jié) ， 按 單 回 路 方 法 整 定 主 環(huán) ， 得 到 主 調(diào) 節(jié) 器 整 定 參 數(shù) 再 次 整 定 副 環(huán) 。 在 主 調(diào) 節(jié) 器 已 經(jīng) 整 定 一 次 的 條 件 下 ,按 單 回 路 整 定 方 法 ,重 新 求 取 副 調(diào) 節(jié) 器 的 整 定 參 數(shù) .此 時(shí) 主 副 回 路 都 已 經(jīng) 閉 合 重 新 整 定 主 環(huán) 在 兩 個(gè) 環(huán) 都 閉 合 ， 副

23、 調(diào) 節(jié) 器 第 二 次 整 定 情 況 下 重 新 整 定 主 調(diào) 節(jié) 器 如 果 調(diào) 節(jié) 過 程 還 未 達(dá) 到 品 質(zhì) 要 求 ， 按 步 繼 續(xù) 進(jìn) 行 ， 直 到 控 制 效 果 滿 意 為 止 如 果 在 第 步 甚 至 第 步 就 已 經(jīng) 滿 足 品 質(zhì) 要 求 ， 整 定 無 需 繼 續(xù) 進(jìn) 行 2、 兩 步 整 定 法先 整 定 副 環(huán) ， 再 整 定 主 環(huán) 具 體 步 驟 為 ：（ 1） 先 整 定 副 環(huán) 。 主 副 環(huán) 均 閉 合 ， 得 副 調(diào) 節(jié) 器的 衰 減 率 為 0.75時(shí) 的 比 例 帶 2S和 振 蕩 周 期 T20（ 2） 整 定 主 環(huán) 。 主 副

24、環(huán) 仍 閉 合 ， 副 調(diào) 節(jié) 器 置 于2S， 得 主 調(diào) 節(jié) 器 在 衰 減 率 為 0.75時(shí) 的 比 例 帶1S和 振 蕩 周 期 T10（ 3） 由 衰 減 曲 線 法 的 計(jì) 算 公 式 ， 查 表 求 出 各 調(diào)節(jié) 器 的 整 定 參 數(shù) 。 3-2 比 值 控 制 系 統(tǒng)定 義 : 用 來 實(shí) 現(xiàn) 兩 個(gè) 或 以 上 物 料 之 間 保 持 一 定 比 值 關(guān) 系的 過 程 控 制 系 統(tǒng) .主 物 料 -處 于 主 導(dǎo) 地 位 的 物 料 ， 表 征 該 物 料 的 參 數(shù) 為 主 動(dòng) 量 F1 (主 流 量 )從 物 料 -隨 主 物 料 的 變 化 呈 比 例 變 化 的

25、 另 一 種 物 料 表 征 該 物 料 的 參 數(shù) 從 動(dòng) 量 F2 (副 流 量 ) 21FK F流 量 比 值 副 流 量 主 流 量流 量 比 值 -副 流 量 與 主 流 量 的 比 值 K 主 物 料 和 從 物 料 : 例 3-6 合 成 塔 比 值 控 制 系 統(tǒng)工 藝 要 求 ： A, B兩 種 物 料 的 流 量 保 持 一 定 比 例 ， 物 料 B的 流 量 QB不 可 控 兩 種 流 量 的 比 值 通 過 設(shè) 定 比 值 器 R實(shí) 現(xiàn)壓 差 變 送 器 比 值 器決 定 流 量 比 值調(diào) 節(jié) 器 給 定 值 IB*: 主 流 量 的 K倍實(shí) 現(xiàn) 目 標(biāo) : 副 流

26、量 隨 主 流 量 而 變 化 , 其 流 量 是 主 流 量 的 K倍 QB-主 流 量 (不 可 控 ) QA副 流 量 (被 控 量 )變 送 器 比 值 器 R 調(diào) 節(jié) 器 調(diào) 節(jié) 閥 管 路變 送 器QB IB IB* QAIA合 成 爐 比 值 控 制 系 統(tǒng) 方 框 圖主 流 量 副 流 量實(shí) 現(xiàn) K倍 調(diào) 節(jié) 副 流 量合 成 爐 比 值 控 制 系 統(tǒng) 方 框 圖 工 藝 要 求 兩 個(gè) 物 料 流 量 之 比 為 K QA/QB, 可通 過 設(shè) 置 比 值 器 的 輸 出 輸 入 信 號(hào) 之 比 來 實(shí) 現(xiàn) .即比 值 系 數(shù) 壓 差 變 送 器 比 值 器實(shí) 現(xiàn) 流 量

27、比 K 線 性 環(huán) 節(jié) 的 增 益 : K =輸 出 范 圍 /輸 入 范 圍 =輸 出 增 量 輸 入增 量溫 度 變 送 器 量 程 為 0100 , 為 DDZ-III型 儀 表 ， 則 其 增 益(轉(zhuǎn) 換 系 數(shù) )為 K =(20-4)/(100-0)=0.16mA/ 比 值 系 數(shù) 比 值 器 R輸 出 增 量 比 值 器 R輸 入 增 量 輸 入輸出儀 表 類 型 ：DDZ-II: 010m ADDZ-III, DDZ-S: 420m A 壓 差 變 送 器 DT將 壓 差 信 號(hào) 線 性 地 轉(zhuǎn) 換 為 電 信 號(hào) 采 用 DDZ-III型 有m axm ax4 (20 4)4

28、 (20 4)AA A BB BpI PpI P + + m axm ax4 164 16 AA A BB BpI PpI P 增 量對(duì) 于 節(jié) 流 元 件 ， 壓 差 與 流 量 的 平 方 成 正 比 ， 則22A A AB B Bp K Qp K Q 2m ax m ax2m ax m axA A AB B Bp K Qp K Q 2 2m ax m ax2 2m ax m axA AA AB BB Bp Qp Qp Qp Q KA, KB-節(jié) 流 元 件 放 大 系 數(shù)1. 流 量 與 測(cè) 量 信 號(hào) 之 間 是 非 線 性 關(guān) 系 B物 料 的 流 量 信 號(hào) IB經(jīng) 比 值 器 R

29、后 變 為 IB*, 為 調(diào) 節(jié) 器 的 設(shè) 定 值 ， 穩(wěn) 定 后與 實(shí) 際 值 IA相 等 ， 即 IB*=IA, 則 比 值 系 數(shù) 為*2 2 2 2 2m ax m ax m ax2 2 m ax m ax m ax4 44 416 ( ) ( )16 Bout B ABin B BA A B BAB B B A AI I II I IQ Q Q QQ KQ Q Q Q Q 雖 然 流 量 與 其 測(cè) 量 信 號(hào) 成 非 線 性 關(guān) 系 ， 但 是 比 值 系 數(shù) 卻 是 常 數(shù) 壓 差 變 送器 比 值 器實(shí) 現(xiàn) 流 量 比K 2) 流 量 與 其 測(cè) 量 信 號(hào) 之 間 呈 線

30、性 關(guān) 系在 有 些 系 統(tǒng) 中 , 在 變 送 器 后 加 上 開 方 器 ,使 流 量 與 測(cè) 量 信 號(hào) 間 不 再 是 非 線 性 關(guān) 系 4 44 4A AB BI II I + + m ax m ax4 44 4 AA A BB BQI QQI Q + + * m ax m ax m ax m ax4444 4 4B A A BAB B B B AQ Q QII KI I Q Q Q 開 方 器 比 值 器 結(jié) 論 ： 流 量 比 值 K 與 比 值 系 數(shù) 是 兩 個(gè) 不 同 的 概 念 比 值 系 數(shù) 的 大 小 與 流 量 比 K , 最 大 流 量 有 關(guān) 線 性 測(cè) 量

31、與 非 線 性 測(cè) 量 情 況 下 比 值 系 數(shù) 關(guān) 系 ： 非 =(線 )2 3) 主 流 量 與 副 流 量 的 選 擇 主 要 物 料 作 為 主 流 量 , 其 他 物 料 為 副 流 量 .以 副 流 量 的 變 化 跟隨 主 流 量 的 變 化 . 如 果 兩 種 物 料 中 , 一 種 是 可 控 的 , 另 一 種 是 不 可 控 的 ,選 不 可 控物 料 為 主 流 量 ,可 控 物 料 為 副 流 量 如 果 兩 種 物 料 中 一 種 供 應(yīng) 不 成 問 題 , 另 一 種 可 能 出 現(xiàn) 供 應(yīng) 不足 , 應(yīng) 選 可 能 供 應(yīng) 不 足 的 物 料 為 主 流 量

32、. 二 比 值 系 統(tǒng) 中 的 非 線 性 特 性非 線 性 :系 統(tǒng) 的 靜 態(tài) 增 益 不 是 一 個(gè) 定 值 而 是 隨 負(fù) 荷 變 化 的 .比 值 系 數(shù) 與 負(fù) 荷 無 關(guān) : 由 比 值 系 數(shù) 的 計(jì) 算 可 得 結(jié) 論 , 在 流 量 和其 測(cè) 量 信 號(hào) 之 間 呈 線 性 或 非 線 性 關(guān) 系 兩 種 情 況 下 ,比 值 系 數(shù) 均為 常 數(shù) ,與 負(fù) 荷 大 小 無 關(guān) . 即 負(fù) 荷 變 化 時(shí) 有 無 開 方 器 對(duì) 系 統(tǒng) 靜態(tài) 比 值 無 影 響 . 壓 差 變 送 器比 值 器 2m ax4 16 ( )AA AQI Q + 2 m ax32Ap AA A

33、dIK QdQ Q 流 量 測(cè) 量 中 的 非 線 性 對(duì) 系 統(tǒng) 的影 響 為 了 保 持 系 統(tǒng) 的 性 能 穩(wěn) 定 ， 需 要 使 系 統(tǒng) 的 總 增 益 接 近 常數(shù) 在 變 送 器 后 加 入 開 方 器 后 ， 其 增 益 為 ： m ax4 Ap A AdIK dQ Q 加 入 開 方 器 后 ， 使 進(jìn) 入 到 比 值 器 和 調(diào) 節(jié) 器 的 表 示 流 量 的 電 流信 號(hào) 與 流 量 的 靜 態(tài) 增 益 為 常 數(shù) ， 消 除 了 非 線 性 影 響 Kp對(duì) 系 統(tǒng) 性 能 的 影 響 ： 系 統(tǒng) 在 較 小 負(fù) 荷 下 整 定 好 調(diào) 節(jié) 器 參數(shù) ,可 以 保 證 一

34、定 控 制 品 質(zhì) .當(dāng) 負(fù) 荷 增 大 時(shí) , 由 于 測(cè) 量 變 送 部分 的 靜 態(tài) 增 益 增 加 很 多 ,而 調(diào) 節(jié) 器 參 數(shù) 未 變 ， 使 控 制 品 質(zhì) 惡化 三 比 值 系 統(tǒng) 的 整 定按 單 回 路 系 統(tǒng) 整 定 , 需 滿 足 要 求 : 要 求 系 統(tǒng) 響 應(yīng) 速 度 快 ,能 對(duì) 主 流 量 的 變 化 作 出 快 速 跟 蹤 要 求 衰 減 率 較 大 ,使 被 調(diào) 量 盡 快 穩(wěn) 定 ,波 動(dòng) 小 .整 定 過 程1) 將 調(diào) 節(jié) 器 QAC的 積 分 時(shí) 間 TI設(shè) 為 最 大 ,從 大 到 小 逐 漸 減 小 比 例 帶 , 直 到 被 調(diào) 流量 在

35、主 流 量 階 躍 擾 動(dòng) 下 的 過 渡 過 程 處 于 振蕩 與 不 振 蕩 的 臨 界 情 況 如 右 圖 曲 線 b2) 確 定 了 比 例 帶 后 , 逐 步 減 小 積 分 時(shí) 間 常數(shù) TI, 直 到 被 調(diào) 量 稍 有 一 點(diǎn) 過 調(diào) 如 曲 線 c 四 常 見 比 值 控 制 系 統(tǒng)變 送 器 比 值 器 調(diào) 節(jié) 器 調(diào) 節(jié) 閥 管 路變 送 器QB IB IB* QAIA 單 環(huán) 比 值 控 制 系 統(tǒng)單 環(huán) 比 值 控 制 系 統(tǒng) : 用 一 個(gè) 調(diào) 節(jié) 器 控 制 副 流 量 ,使 它 按 比 例 跟 隨 主 流 量 . 特 點(diǎn) : 控 制 系 統(tǒng) 簡 單 ,能 夠 克

36、 服 單 環(huán) 內(nèi) 的 各 種 干 擾 對(duì) 比 值 系 統(tǒng) 的 影 響 .不 足 之 處 : 一 般 只 用 于 負(fù) 荷 變 化 不 大 的 場(chǎng) 合 .1、 單 閉 環(huán) 比 值 控 制 系 統(tǒng) 2. 雙 閉 環(huán) 比 值 控 制 系 統(tǒng)使 用 場(chǎng) 合 ： 在 比 值 控 制 精 度 要 求 較 高 ， 主 流 量 允 許 控 制 的 情 況 下 特 點(diǎn) : 增 加 了 主 流 量 控 制 回 路 , 實(shí) 現(xiàn) 了 主流 量 的 定 值 控 制 , 使 主 流 量 變 化 平 穩(wěn) .從而 使 與 主 流 量 成 比 例 的 副 流 量 也 能 夠 平穩(wěn) . 可 通 過 改 變 主 流 量 的 設(shè) 定

37、值 實(shí) 現(xiàn) 負(fù)荷 的 變 化 控 制 系 統(tǒng) 由 兩 個(gè) 閉 環(huán) 組 成 ， 主 流 量 為定 值 控 制 ， 副 流 量 為 隨 動(dòng) 控 制 兩 個(gè) 回 路 之 間 由 比 值 器 聯(lián) 系 比 值 器 接 受 主 回 路 流 量 信 號(hào) ， 輸 出 作 為 副 流 量 回 路 的 設(shè) 定 值 對(duì) 主 流 量 進(jìn) 行 了 定 值 控 制 ， 能 夠 使 主 流 量 波 動(dòng) 小 ， 避 免 出 現(xiàn) 主 流 量 波動(dòng) 大 ， 變 化 快 而 副 流 量 難 以 跟 隨 的 情 況 DT Q1CRDT Q2C Q1Q2雙 閉 環(huán) 比 值 控 制 系 統(tǒng)主流量控制 副流量控制 輸 入 為主 流 量信

38、號(hào) Q2r Gc2(s) Gv2(s) 管 路 2Gm2(s)Q2r Q2R Gc1(s) Gv1(s) 管 路 1Gm1(s)Q1* Q1雙 閉 環(huán) 比 值 控 制 系 統(tǒng) 方 框 圖主 流 量 控 制 回 路副 流 量 控 制 回 路 3. 變 比 值 控 制 系 統(tǒng) 變 換 爐 觸 媒 層 溫 度 控 制 方 案生 產(chǎn) 過 程 : CO+(58)H2OCO2+H2被 調(diào) 量 : 觸 媒 層 溫 度 （ 它影 響 CO轉(zhuǎn) 化 率 和 觸 媒 壽命 ）操 作 量 : 水 蒸 氣 流 量控 制 方 案 : 改 變 煤 氣 與 水蒸 氣 流 量 比 值 來 控 制 觸 媒層 溫 度 。 變 比

39、值 控 制 ： 主 , 副 流 量 之 比 不 是 常 數(shù) ， 而 是 根 據(jù) 另 一 個(gè) 參數(shù) 的 變 化 來 不 斷 修 正 。例 3-7 變 換 爐 觸 媒 層 溫 度 控 制 變 換 爐 觸 媒 層 溫 度 串 級(jí) 比 值 控 制 系 統(tǒng)主 流 量 ： 煤 氣 CO, 生 產(chǎn) 中 主 要 物 料 ， 不 可 改 變副 流 量 ： H2O蒸 汽 , 可 改 變 控 制 過 程 ：通 過 改 變 兩 種 氣 體 流 量 比 值 r2*實(shí) 現(xiàn) 恒 溫 控 制 當(dāng) H2O不 夠 時(shí) ,r2r2*, 調(diào) 節(jié) 器 將 使 閥 門 開 度 ,H2O,r2,保 持 比 值 r2*恒定 . 當(dāng) 實(shí) 際 溫 度 出 現(xiàn) 波 動(dòng) 時(shí) ， r2*出 現(xiàn) 變 化 ， 改 變 兩 種 氣 體 流 量 比 值 ， 使 溫度 回 到 設(shè) 定 值 （ 觸 媒 層 溫 度 ）主 調(diào)節(jié) 器 副 調(diào)節(jié) 器 調(diào) 節(jié) 閥 對(duì) 象除 法 器 變 送 器變 送 器煤 氣 變 送 器 r r2*- - r2r2=QH2O/QCO Q（ 蒸 汽 量 ）