串级控制系统与比值控制系统讲稿.ppt

串级控制系统与比值控制系统第一页，讲稿共五十一页哦本章基本要求n了解串级控制系统的概念与特点；了解串级控制系统的概念与特点； n掌握串级控制系统的方框图表示法；掌握串级控制系统的方框图表示法； n结合控制原理，掌握串级系统的分析方法；结合控制原理，掌握串级系统的分析方法； n了解串级控制系统的设计原则；了解串级控制系统的设计原则； n掌握串级控制系统的参数整定方法掌握串级控制系统的参数整定方法; ; n了解串级控制系统的抗积分饱和措施。了解串级控制系统的抗积分饱和措施。n了解比值控制系统的几种控制方案了解比值控制系统的几种控制方案n掌握比值系数的计算掌握比值系数的计算第二页，讲稿共五十一页哦组成：组成：一个调节器，一个控制阀，一个被控制对象，一个测量一个调节器，一个控制阀，一个被控制对象，一个测量变送器变送器Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)Y(s)单回路控制系统方框图单回路控制系统方框图第三页，讲稿共五十一页哦定义定义:就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。，从而对主被控变量具有更好的控制效果。 在多回路控制系统中在多回路控制系统中,有两个被控过程有两个被控过程,两套测量变送两套测量变送装置装置, 两台控制器和一个调节阀构成的系统两台控制器和一个调节阀构成的系统5-1 串级控制系统的概念串级控制系统的概念第四页，讲稿共五十一页哦图图5.1反应器温度控制系统反应器温度控制系统夹套槽壁例例5-1 连续槽反应器温度控制连续槽反应器温度控制1) 采用单回路控制采用单回路控制分析：分析：当冷却水方面发生扰动，需相继通当冷却水方面发生扰动，需相继通过过3个容积后，个容积后，1才升高，调节器才动作才升高，调节器才动作。物料方面扰动物料方面扰动D1: 流量流量,入口温度入口温度,化学成分化学成分冷却水扰动冷却水扰动D2: 入口温度入口温度, 阀前压力阀前压力图图5.2反应器单回路控制系统反应器单回路控制系统调节器调节器调节阀调节阀夹套夹套槽壁槽壁反应槽反应槽温度测量温度测量D2D11r12对象有三个热容积：夹套、槽壁、槽对象有三个热容积：夹套、槽壁、槽中的物料。中的物料。第五页，讲稿共五十一页哦2）采用串级控制）采用串级控制特点：两个调节器串在一特点：两个调节器串在一 起工作，起工作，调节器调节器C2通过通过 调调节冷却剂量以克服冷却节冷却剂量以克服冷却 水方面的扰动；水方面的扰动；调节器调节器C1 通过通过调节夹套内水温的设定调节夹套内水温的设定 值以保证反应温度维持在工值以保证反应温度维持在工 艺所艺所希望的某一给定值。希望的某一给定值。第六页，讲稿共五十一页哦1温度测量温度测量主调节器主调节器调节阀调节阀夹套夹套槽壁槽壁反应槽反应槽D2D11r2副调节器副调节器温度测量温度测量 反应器的温度串级控制方框图反应器的温度串级控制方框图第七页，讲稿共五十一页哦例例5-2 精馏塔提馏段的温度控制精馏塔提馏段的温度控制1、 简单控制系统方案简单控制系统方案调节器调节器调节阀调节阀蒸汽管路蒸汽管路再沸器再沸器塔底塔底温度测量温度测量D2(蒸汽压力蒸汽压力)rD1Q被调量：提馏段温度被调量：提馏段温度扰动扰动D2D2：加热蒸汽压力：加热蒸汽压力扰动扰动D1D1：加料方面的扰动，如：加料方面的扰动，如温度、流量、组分等温度、流量、组分等缺点：缺点：从调节阀动作到温度从调节阀动作到温度变化，需通过很多热容积。变化，需通过很多热容积。调节滞后。调节滞后。第八页，讲稿共五十一页哦2、两种改进方案：、两种改进方案：(1) 附加蒸汽压力控制方案附加蒸汽压力控制方案图图5.6附加蒸汽压力控制方案附加蒸汽压力控制方案把蒸汽压力的干扰克把蒸汽压力的干扰克服在入塔前，提高了服在入塔前，提高了温度调节品质，但需温度调节品质，但需增加一个调节阀，且增加一个调节阀，且增加了蒸汽管路的压增加了蒸汽管路的压力损失，经济上不合力损失，经济上不合理。理。第九页，讲稿共五十一页哦(2) 串级控制方案（好）串级控制方案（好）主调主调节器节器调节调节阀阀蒸汽管蒸汽管路系统路系统再沸再沸器器塔底塔底温度测量温度测量D2rD1副调副调节器节器流量测量流量测量QrQ图图5.8提馏段温度串级控制系统提馏段温度串级控制系统QC2QC1优点：优点：有效地克服蒸汽压力有效地克服蒸汽压力波动对温度波动对温度的影响。的影响。C2控制流量稳定，控制流量稳定， C1控制温度稳定。控制温度稳定。第十页，讲稿共五十一页哦通用的串级控制系统通用的串级控制系统主调主调节器节器调节调节阀阀副对象副对象主对象主对象主变送器主变送器二次扰动二次扰动一次扰动一次扰动副调副调节器节器副变送器副变送器主参数设定主参数设定主参数主参数副参数副参数副回路副回路1) 在结构上，串级控制系统由两个闭环组成副回路起在结构上，串级控制系统由两个闭环组成副回路起“粗调粗调”作用，主回路起作用，主回路起“细调细调”作用。作用。2) 每个闭环都有各自的调节对象，调节器和变送器每个闭环都有各自的调节对象，调节器和变送器3) 调节阀由副调节器直接控制调节阀由副调节器直接控制随动控制系随动控制系统统定值控制系定值控制系统统 主回路主回路第十一页，讲稿共五十一页哦主、副回路主、副回路在外面的闭合回路称为主回路在外面的闭合回路称为主回路(主环主环)， 在里面的闭合回路称为副回路在里面的闭合回路称为副回路(副环副环)。主、副控制器主、副控制器处于主回路中的控制器称为主控制器；处于主回路中的控制器称为主控制器； 于副回路中的控制器称为副控制器。于副回路中的控制器称为副控制器。主、副变量主、副变量主回路的被控变量称为主被控变量，也称为主变量或主参数；主回路的被控变量称为主被控变量，也称为主变量或主参数； 副回路的被控变量称为副被控变量，也称为副变量或副参数副回路的被控变量称为副被控变量，也称为副变量或副参数串级控制系统中的名词：串级控制系统中的名词：第十二页，讲稿共五十一页哦主、副对象主、副对象主回路所包括的对象称为主对象；主回路所包括的对象称为主对象； 副回路所包括的对象称为副对象。副回路所包括的对象称为副对象。主、副变送器主、副变送器检测和变送主变量的称为主检测变送器；检测和变送主变量的称为主检测变送器； 检测和变送副变量的称为副检测变送器。检测和变送副变量的称为副检测变送器。一、二次干扰一、二次干扰进入主回路的干扰称为一次干扰；进入主回路的干扰称为一次干扰； 进入副回路的干扰称为二次干扰。进入副回路的干扰称为二次干扰。 串级控制系统中的名词：串级控制系统中的名词：第十三页，讲稿共五十一页哦串级控制系统方块图串级控制系统方块图Gm2y1,spy2,spy2ym2y1ym1Gm1Gc1Gc2GvGp2D2D1Gp1副回路主回路Gp2(s)第十四页，讲稿共五十一页哦串级系统副环的等效性Gm2ym2Gc2GvGp2D2y2y2,sp22211mpvcGGGG+222221mpvcpvcGGGGGGG+D2(s)(2sDy2(s)y2,spGp2(s)第十五页，讲稿共五十一页哦5-2 串级控制系统的分析及特点串级控制系统的分析及特点串级控制系统方框图串级控制系统方框图Gc1(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm1(s)Gc2(s)Gm2(s)R1(S)Y1(s)R2(S)Y2(s)Gd2(s)D2(s)Gp2(s)第十六页，讲稿共五十一页哦串级系统副环的等效性Gm2ym2Gc2GvGp2D2y2y2,sp22211mpvcGGGG+222221mpvcpvcGGGGGGG+D2(s)(2sDy2(s)y2,spGp2(s)第十七页，讲稿共五十一页哦串级控制系统的特点（1）副回路（内环）具有快速调节作用，）副回路（内环）具有快速调节作用， 它能有效地克服二次扰动的影响；它能有效地克服二次扰动的影响；由于由于2222211)()(mpvcGGGGsDsD+而对于动态滞后较小的副回路，有而对于动态滞后较小的副回路，有1222mpvcGGGG22DD 第十八页，讲稿共五十一页哦（2）由于内环起了改善对象动态特性的作用，因此可以加大主调节器）由于内环起了改善对象动态特性的作用，因此可以加大主调节器的增益，提高系统的工作频率。的增益，提高系统的工作频率。设副回路中各环节传递函数为设副回路中各环节传递函数为STKKSGKSGKSGSTKSGPPVVCCPPP1)KKKK1ST1KKKK1KKK (S)GSGSGSG1SGSGSGSRSYSG)(;)(;)(;1)(22P2m2VC2P2M2P2VC2P2VC2m2P2VC2P2VC222P22m2m22222+（）（）（）（）（）（）（）（）（）（则1KC2KVKP2Km21TP2TP2等效对象的时间常数缩小了，加快了副环的响应速度，提高了系统等效对象的时间常数缩小了，加快了副环的响应速度，提高了系统的工作频率。的工作频率。第十九页，讲稿共五十一页哦（3）对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力）对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力对于内环等效对象的增益对于内环等效对象的增益2222221mpvcpvcpKKKKKKKK+当1222mpvcKKKK221mpKK结论：当副回路增益足够大时，使主回路的特性基本上结论：当副回路增益足够大时，使主回路的特性基本上 和副对象、调节阀的增益无关（系统的和副对象、调节阀的增益无关（系统的“鲁棒性鲁棒性”强）。强）。第二十页，讲稿共五十一页哦串级控制特点总结：串级控制特点总结：1) 在系统结构上在系统结构上, 它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统系统. 其中主回路是定值控制，副回路是随动控制其中主回路是定值控制，副回路是随动控制2) 副回路的引入，大大克服了二次扰动对系统被调量的影响副回路的引入，大大克服了二次扰动对系统被调量的影响3) 副回路的引入副回路的引入, 提高了整个系统的响应速度提高了整个系统的响应速度,使其快速性得到了提使其快速性得到了提高高4) 串级控制系统对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力串级控制系统对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力串级控制系统主要应用于：串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。第二十一页，讲稿共五十一页哦5-3 串级控制系统设计和实施中的几个问题串级控制系统设计和实施中的几个问题考虑的问题考虑的问题: 副回路的设计副回路的设计, 副参数的选择副参数的选择. 主副回路之间的关系主副回路之间的关系, 两两个调节器可能产生的问题个调节器可能产生的问题.副回路的设计主要是如何选择副参数其设计原则为：副回路的设计主要是如何选择副参数其设计原则为：n副参数的选择应使副对象的时间常数比主对象的时副参数的选择应使副对象的时间常数比主对象的时间常数小，调节通道短，反应灵敏；间常数小，调节通道短，反应灵敏； n副回路应包含被控对象所受到的主要干扰；副回路应包含被控对象所受到的主要干扰； n尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副尽可能将带有非线性或时变特性的环节包含于副回路中。回路中。第二十二页，讲稿共五十一页哦选择选择夹套温度作为副参数夹套温度作为副参数,可迅速反映冷水侧的干扰，然后加以克可迅速反映冷水侧的干扰，然后加以克服。服。主调节器主调节器调节阀调节阀夹套夹套槽壁槽壁反应槽反应槽温度测量温度测量D2D11r副调节器副调节器温度测量温度测量2r21串级系统副参数的选择举例串级系统副参数的选择举例第二十三页，讲稿共五十一页哦精馏塔提馏段温度控制的不同串级方案精馏塔提馏段温度控制的不同串级方案串级系统副参数的选择举例串级系统副参数的选择举例副回路的快速性与副回路所能包括的扰动范围之间的矛盾副回路的快速性与副回路所能包括的扰动范围之间的矛盾第二十四页，讲稿共五十一页哦（1）副参数为加热蒸汽（作用线）副参数为加热蒸汽（作用线1）主调主调节器节器调节调节阀阀蒸汽管蒸汽管路系统路系统再沸再沸器器塔底塔底温度测量温度测量D2rD1副调副调节器节器流量测量流量测量QrQ控制方案控制方案1方框图方框图分析分析：可保持加热量稳定，它只能：可保持加热量稳定，它只能快速消除因蒸汽汽源压力或冷凝压快速消除因蒸汽汽源压力或冷凝压力变化引起的扰动。由于蒸汽流量力变化引起的扰动。由于蒸汽流量对象的滞后非常小，当用流量作副对象的滞后非常小，当用流量作副变量时，并不能使串级系统的频率变量时，并不能使串级系统的频率有多少提高，对克服其它扰动不明有多少提高，对克服其它扰动不明显。显。第二十五页，讲稿共五十一页哦主调主调节器节器调节调节阀阀蒸汽管蒸汽管路系统路系统再沸再沸器器塔底塔底温度测量温度测量D2rD1副调副调节器节器流量测量流量测量QrQ控制方案控制方案2方框图方框图P（2）副参数为调节阀后的蒸汽压力（作）副参数为调节阀后的蒸汽压力（作用线用线2）：）：分析：分析：把加热蒸汽侧的扰动完全包把加热蒸汽侧的扰动完全包括在副环之内，与括在副环之内，与1相比，副环中相比，副环中包括了更大的时间常数，有助于包括了更大的时间常数，有助于改善主环的调节性能。改善主环的调节性能。第二十六页，讲稿共五十一页哦（3）副参数为再沸器的蒸发量（作用线）副参数为再沸器的蒸发量（作用线3）：）：把再沸器侧的扰动包括在副环内（再沸器液位、塔釜温度等）把再沸器侧的扰动包括在副环内（再沸器液位、塔釜温度等），有助于改善主环的调节性能，但副环克服蒸汽方面的扰动要慢，有助于改善主环的调节性能，但副环克服蒸汽方面的扰动要慢些。些。第二十七页，讲稿共五十一页哦目的：避免副环进入高增益区，避免产生串级共振现象目的：避免副环进入高增益区，避免产生串级共振现象.共振现象共振现象：如果主回路的工作频率接近副回路的谐振频：如果主回路的工作频率接近副回路的谐振频率，则副回路将呈现出很高的增益和较大的相位滞后，率，则副回路将呈现出很高的增益和较大的相位滞后，这时反过来将严重影响主回路的稳定性，从而使主副参这时反过来将严重影响主回路的稳定性，从而使主副参数长时间地大幅度地波动的现象。数长时间地大幅度地波动的现象。结论：结论：211233ddddTT或一般取：一般取：12(3 10)10ddTTd2d1或=(3)Td1为主回路时间常数，为主回路时间常数，Td2为副回路时间常数为副回路时间常数第二十八页，讲稿共五十一页哦1、若副调节器是、若副调节器是P作用，主调节器是作用，主调节器是PI或或PID作用时，抗积作用时，抗积分饱和措施与单回路系统相同。分饱和措施与单回路系统相同。2、若主副调节器均有积分作用，积分饱和比单回路系统、若主副调节器均有积分作用，积分饱和比单回路系统更严重。更严重。措施：根据副回路的偏差来防止主调节器积分饱和的方案。措施：根据副回路的偏差来防止主调节器积分饱和的方案。y1sp(t)uKCe(t)11+sTAsTDDD11+sTI串级系统主控制器防积分饱和连接方法ym2(t)ym1(t)第二十九页，讲稿共五十一页哦串级系统中调节器正反作用方式的选择串级系统中调节器正反作用方式的选择1) 根据工艺安全要求，选择调节阀的气开，气关形式根据工艺安全要求，选择调节阀的气开，气关形式2) 将副回路当作一个独立的闭回路，按照使副环形成一个负反馈的原将副回路当作一个独立的闭回路，按照使副环形成一个负反馈的原则确定副调节器的正反作用方式则确定副调节器的正反作用方式3) 将整个副回路当作主回路的一个环节将整个副回路当作主回路的一个环节, 其作用方式总为正其作用方式总为正. 再来确定再来确定主调节器的作用方式主调节器的作用方式.y主调节器主调节器调节阀调节阀副对象副对象主对象主对象主变送器主变送器r副调节器副调节器副变送器副变送器总为总为第三十页，讲稿共五十一页哦5-4调节器的选型和整定方法调节器的选型和整定方法副调节器：副调节器：副调节器常选择副调节器常选择P或或PI控制律控制律 原因：消除副回路内的二次扰动，快速性，不要求无差一般选原因：消除副回路内的二次扰动，快速性，不要求无差一般选P调节器，当主副环频率相差很大，可选调节器，当主副环频率相差很大，可选PI调节器。调节器。主调节器主调节器：一般采用：一般采用PI或或PID控制规律控制规律原因：主回路的任务是满足主参数的定值控制要求。因而对于主参原因：主回路的任务是满足主参数的定值控制要求。因而对于主参数为温度的串级系统，主调节器必须加入较强的积分作用（除主参数为温度的串级系统，主调节器必须加入较强的积分作用（除主参数为液位的串级均匀控制系统以外）。当主对象的调节滞后较大，数为液位的串级均匀控制系统以外）。当主对象的调节滞后较大，而主参数变化较平缓时，可加入通常大小的微分作用。而主参数变化较平缓时，可加入通常大小的微分作用。 第三十一页，讲稿共五十一页哦1、 逐步逼近法逐步逼近法(比较费时比较费时)它是一种依次整定主环，副环，然后循环进行，逐步接近主，副环的最佳整定的它是一种依次整定主环，副环，然后循环进行，逐步接近主，副环的最佳整定的一种方法其步骤为：一种方法其步骤为： 首先整定副环首先整定副环. 断开主环断开主环,按单回路整定副环按单回路整定副环,求取副调节器的整定参数求取副调节器的整定参数. 整定主环整定主环整定好的副环作为主环中的一个环节，按单回路方法整定整定好的副环作为主环中的一个环节，按单回路方法整定 主环，得到主调节器整定参数主环，得到主调节器整定参数 再次整定副环再次整定副环。在主调节器已经整定一次的条件下。在主调节器已经整定一次的条件下,按单回路整定方法按单回路整定方法,重新求取重新求取副调节器的整定参数副调节器的整定参数.此时主副回路都已经闭合此时主副回路都已经闭合 重新整定主环重新整定主环在两个环都闭合，副调节器第二次整定情况下重新整在两个环都闭合，副调节器第二次整定情况下重新整 定主调节器定主调节器 如果调节过程还未达到品质要求，按步继续进行，直到控制效果如果调节过程还未达到品质要求，按步继续进行，直到控制效果 满意为止满意为止如果在第步甚至第步就已经满足品质要求，整定无需继续进行步甚至第步就已经满足品质要求，整定无需继续进行第三十二页，讲稿共五十一页哦2、 两步整定法两步整定法先整定副环，再整定主环具体步骤为：先整定副环，再整定主环具体步骤为：（1）先整定副环。主副环均闭合，得副调节器的衰减）先整定副环。主副环均闭合，得副调节器的衰减率为率为0.75时的比例带时的比例带2S和振荡周期和振荡周期T20（2）整定主环。主副环仍闭合，副调节器置于）整定主环。主副环仍闭合，副调节器置于2S，得主调节器在衰减率为得主调节器在衰减率为0.75时的比例带时的比例带1S和振荡周和振荡周期期T10（3）由衰减曲线法的计算公式，查表求出各调节器的）由衰减曲线法的计算公式，查表求出各调节器的整定参数。整定参数。第三十三页，讲稿共五十一页哦5-5 5-5 比值控制系统比值控制系统定义定义: 用来实现两个或以上物料之间保持一定比值关系的过用来实现两个或以上物料之间保持一定比值关系的过程控制系统程控制系统 .主物料主物料-处于主导地位的物料，表征该物料的参数为主动量处于主导地位的物料，表征该物料的参数为主动量F1 (主流量主流量)从物料从物料-随主物料的变化呈比例变化的另一种物料随主物料的变化呈比例变化的另一种物料 表征该物料的参数从动量表征该物料的参数从动量F2 (副流量副流量)21FKF流量比值流量比值副流量副流量主流量主流量流量比值流量比值-副流量与主流量的比值副流量与主流量的比值K主物料和从物料主物料和从物料: 第三十四页，讲稿共五十一页哦例例 5-6 合成塔比值控制系统合成塔比值控制系统工艺要求：工艺要求：A, B两种物料的流量保持一定比例，物料两种物料的流量保持一定比例，物料B的流量的流量QB不可控不可控两种流量的比值通过设定比值器两种流量的比值通过设定比值器R实现实现压差变送器压差变送器比值器比值器决定流量比值决定流量比值调节器给定值调节器给定值IB*: 主流量的主流量的K倍倍实现目标实现目标: 副流量随主流量而变化副流量随主流量而变化, 其流量是主流量的其流量是主流量的K倍倍第三十五页，讲稿共五十一页哦QB-主流量主流量(不可控不可控)QA副流量副流量(被控量被控量)变送器变送器比值器比值器R调节器调节器调节阀调节阀管路管路变送器变送器QBIBIB*QAIA合成炉比值控制系统方框图合成炉比值控制系统方框图主流量主流量副流量副流量实现实现K倍倍调节副流量调节副流量合成炉比值控制系统方框图合成炉比值控制系统方框图第三十六页，讲稿共五十一页哦工艺要求两个物料流量之比为工艺要求两个物料流量之比为KQA/QB, 可通过设可通过设置比值器的输出输入信号之比来实现置比值器的输出输入信号之比来实现.即比值系数即比值系数压差变送器压差变送器比值器比值器实现流量比实现流量比K第三十七页，讲稿共五十一页哦线性环节的增益线性环节的增益: K=输出范围输出范围/输入范围输入范围=输出增量输入增量输出增量输入增量温度变送器量程为温度变送器量程为0100, 为为DDZ-III型仪表，则其增益型仪表，则其增益(转换系转换系数数)为为 K=(20-4)/(100-0)=0.16mA/ 比值系数比值系数 比值器比值器R输出增量比值器输出增量比值器R输入增量输入增量输入输入输出输出仪表类型：仪表类型：DDZ-II: 010mADDZ-III, DDZ-S: 420mA第三十八页，讲稿共五十一页哦压差变送器压差变送器DT将压差信号线性地转换为电信号采用将压差信号线性地转换为电信号采用DDZ-III型有型有maxmax4(204)4(204)AAABBBpIPpIP+maxmax416416AAABBBpIPpIP增量增量对于节流元件，压差与流量的平方成正比，则对于节流元件，压差与流量的平方成正比，则22AAABBBpK QpK Q2maxmax2maxmaxAAABBBpK QpK Q22maxmax22maxmaxAAAABBBBpQpQpQpQKA, KB-节流元件放大系数节流元件放大系数1. 流量与测量信号之间是非线性关系流量与测量信号之间是非线性关系第三十九页，讲稿共五十一页哦B物料的流量信号物料的流量信号IB经比值器经比值器R后变为后变为IB*, 为调节器的设定值，稳定后与实际值为调节器的设定值，稳定后与实际值IA相等，即相等，即IB*=IA, 则则比值系数比值系数为为*22222maxmaxmax22maxmaxmax444416()()16BoutBABinBBAABBABBBAAIIIIIIQQQQQKQQQQQ虽然流量与其测量信号成非线性关系，但是比值系数却是常数虽然流量与其测量信号成非线性关系，但是比值系数却是常数压差变送压差变送器器比值器比值器实现流量比实现流量比K第四十页，讲稿共五十一页哦2) 流量与其测量信号之间呈线性关系流量与其测量信号之间呈线性关系在有些系统中在有些系统中, 在变送器后加上开方器在变送器后加上开方器,使流使流量与测量信号间不再是非线性关系量与测量信号间不再是非线性关系4444AABBIIII+maxmax4444AAABBBQIQQIQ+ + *maxmaxmaxmax444444BAABABBBBAQQQIIKIIQQQ开方器开方器比值器比值器第四十一页，讲稿共五十一页哦结论：结论： 流量比值流量比值K与比值系数与比值系数是两个不同的概念是两个不同的概念 比值系数比值系数的大小与流量比的大小与流量比K, 最大流量有关最大流量有关 线性测量与非线性测量情况下比值系数关系：线性测量与非线性测量情况下比值系数关系： 非非=(线线)2 3) 主流量与副流量的选择主流量与副流量的选择 主要物料作为主流量主要物料作为主流量, 其他物料为副流量其他物料为副流量.以副流量的变化跟随主流量以副流量的变化跟随主流量的变化的变化. 如果两种物料中如果两种物料中, 一种是可控的一种是可控的, 另一种是不可控的另一种是不可控的,选不可控物料为选不可控物料为主流量主流量,可控物料为副流量可控物料为副流量 如果两种物料中一种供应不成问题如果两种物料中一种供应不成问题, 另一种可能出现供应不足另一种可能出现供应不足, 应选可能供应不足的物料为主流量应选可能供应不足的物料为主流量. 第四十二页，讲稿共五十一页哦二二 比值系统中的非线性特性比值系统中的非线性特性非线性非线性:系统的静态增益不是一个定值而是随负荷变化的系统的静态增益不是一个定值而是随负荷变化的.比值系数与负荷无关比值系数与负荷无关: 由比值系数的计算可得结论由比值系数的计算可得结论, 在流量和其测量信在流量和其测量信号之间呈线性或非线性关系两种情况下号之间呈线性或非线性关系两种情况下,比值系数均为常数比值系数均为常数,与负荷大小与负荷大小无关无关. 即负荷变化时有无开方器对系统静态比值无影响即负荷变化时有无开方器对系统静态比值无影响.压差变送器压差变送器比值器比值器2max4 16 ()AAAQIQ+2max32ApAAAdIKQdQQ流量测量中的非线性对系统的影响流量测量中的非线性对系统的影响第四十三页，讲稿共五十一页哦为了保持系统的性能稳定，需要使系统的总增益接近常数为了保持系统的性能稳定，需要使系统的总增益接近常数在变送器在变送器后加入开方器后后加入开方器后，其增益为：，其增益为：max4ApAAdIKdQQ加入开方器后，使进入到比值器和调节器的表示流量的电流信号与流加入开方器后，使进入到比值器和调节器的表示流量的电流信号与流量的静态增益为常数，消除了非线性影响量的静态增益为常数，消除了非线性影响Kp对系统性能的影响：系统在较小负荷下整定好调节器参数对系统性能的影响：系统在较小负荷下整定好调节器参数,可可以保证一定控制品质以保证一定控制品质.当负荷增大时当负荷增大时, 由于测量变送部分的静态增益增加由于测量变送部分的静态增益增加很多很多,而调节器参数未变，使控制品质恶化而调节器参数未变，使控制品质恶化第四十四页，讲稿共五十一页哦三三 比值系统的整定比值系统的整定按单回路系统整定按单回路系统整定, 需满足要求需满足要求: 要求系统响应速度快要求系统响应速度快,能对主流量的变化作出快速跟踪能对主流量的变化作出快速跟踪 要求衰减率要求衰减率较大较大, ,使被调量尽快稳定使被调量尽快稳定, ,波动小波动小.整定过程整定过程1) 将调节器将调节器QAC的积分时间的积分时间TI设为最大设为最大,从大到从大到小逐渐减小比例带小逐渐减小比例带, , 直到被调流量在主流量阶直到被调流量在主流量阶跃扰动下的过渡过程处于振荡与不振荡的临界情跃扰动下的过渡过程处于振荡与不振荡的临界情况如右图曲线况如右图曲线b2) 确定了比例带后确定了比例带后, 逐步减小积分时间常数逐步减小积分时间常数TI, 直到被调量稍有一点过调如曲线直到被调量稍有一点过调如曲线c第四十五页，讲稿共五十一页哦四四 常见比值控制系统常见比值控制系统变送器变送器比值器比值器调节器调节器调节阀调节阀管路管路变送器变送器QBIBIB*QAIA 单环比值控制系统单环比值控制系统单环比值控制系统单环比值控制系统: 用一个调节器控制副流量用一个调节器控制副流量,使它按比例跟随主流量使它按比例跟随主流量.特点特点: 控制系统简单控制系统简单,能够克服单环内的各种干扰对比值系统的影响能够克服单环内的各种干扰对比值系统的影响.不足之处不足之处: 一般只用于负荷变化不大的场合一般只用于负荷变化不大的场合.1、单闭环比值控制系统、单闭环比值控制系统第四十六页，讲稿共五十一页哦2. 双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统使用场合：在比值控制精度要求较高，主流量允许控制的情况下使用场合：在比值控制精度要求较高，主流量允许控制的情况下特点特点: 增加了主流量控制回路增加了主流量控制回路, 实现了主流量实现了主流量的定值控制的定值控制, 使主流量变化平稳使主流量变化平稳.从而使与主流从而使与主流量成比例的副流量也能够平稳量成比例的副流量也能够平稳. 可通过改变主流可通过改变主流量的设定值实现负荷的变化量的设定值实现负荷的变化 控制系统由两个闭环组成，主流量为定控制系统由两个闭环组成，主流量为定值控制，副流量为随动控制值控制，副流量为随动控制 两个回路之间由比值器联系两个回路之间由比值器联系 比值器接受主回路流量信号，输出作为副比值器接受主回路流量信号，输出作为副流量回路的设定值流量回路的设定值 对主流量进行了定值控制，能够使主流量波动小，避免出现主流量波动大，变化对主流量进行了定值控制，能够使主流量波动小，避免出现主流量波动大，变化快而副流量难以跟随的情况快而副流量难以跟随的情况DTQ1CRDTQ2CQ1Q2双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统主流量控制主流量控制副流量控制副流量控制输入为输入为主流量主流量信号信号Q2r第四十七页，讲稿共五十一页哦Gc2(s)Gv2(s)管路管路2Gm2(s)Q2rQ2RGc1(s)Gv1(s)管路管路1Gm1(s)Q1*Q1双闭环比值控制系统方框图双闭环比值控制系统方框图主流量控制回路主流量控制回路副流量控制回路副流量控制回路第四十八页，讲稿共五十一页哦3. 变比值控制系统变比值控制系统变换炉触媒层温度控制方案变换炉触媒层温度控制方案生产过程生产过程: CO+(58)H2OCO2+H2被调量被调量: 触媒层温度触媒层温度（它影响（它影响CO转化率和触媒寿命）转化率和触媒寿命）操作量操作量: 水蒸气流量水蒸气流量控制方案控制方案: 改变煤气与水蒸气改变煤气与水蒸气流量比值来控制触媒层温度流量比值来控制触媒层温度。变比值控制：主变比值控制：主, 副流量之比副流量之比不是常数不是常数，而是根据另一个参数的变化，而是根据另一个参数的变化来不断修正。来不断修正。例例5-7 变换炉触媒层温度控制变换炉触媒层温度控制第四十九页，讲稿共五十一页哦变换炉触媒层温度串级比值控制系统变换炉触媒层温度串级比值控制系统主流量主流量：煤气：煤气CO, 生产中主要物料，不可改变生产中主要物料，不可改变副流量副流量：H2O蒸汽蒸汽, 可改变可改变控制过程：控制过程：通过改变两种气体流量比值通过改变两种气体流量比值r2*实现恒温控制实现恒温控制当当H2O不够时不够时,r2r2*, 调节器将使阀们开度调节器将使阀们开度,H2O,r2,保持比值保持比值r2*恒定恒定.当实际温度出现波动时当实际温度出现波动时，r2*出现变化，改变两种气体流量比值，使温度回到出现变化，改变两种气体流量比值，使温度回到设定值设定值（触媒层温度（触媒层温度）主调节主调节器器副调副调节器节器调节阀调节阀对象对象除法器除法器变送器变送器变送器变送器煤气煤气变送器变送器r rr2*-r2r2=QH2O/QCOQ（蒸汽量（蒸汽量）第五十页，讲稿共五十一页哦作业（作业（P183P183）：）：5.15.1，5.45.4第五十一页，讲稿共五十一页哦