為此人們開發了一些具有特殊功能的系統。串級、前饋控制系統的控制效果:提高了系統響應曲線性能指標這兩種控制方案可以認為是為提高系統性能指標而開發的控制系統。

大型生產過程的特點:過程復雜化各種生產過程的工藝設備型式、操作方式差異很大,又要考慮安全要求過程控制人員充分考慮各種工藝過程的特點，設計滿足特定要求的控制系統，以滿足工藝生產的需要。2024/3/1012.3比值控制系統

例1：稀硝酸生產氨與空氣按一定比例混合氧化氧化爐氨、空氣比超出一定極限會引起爆炸，非常危險。控制系統的要求：必須維持氨、空氣比恒定采用反饋控制待氨與空氣變化再調節，為時己晚，事故己發生。

例2：煉油廠催化裂化裝置的再生器作用：使催化劑再生，燒去催化劑表面的焦碳進入再生器內催化劑與空氣應有一定的比例空氣過低：燃燒不充分，不能保證催化劑的活性，影響下一工藝空氣過剩：降低再生器溫度、加大影響主風機的負荷，增加能耗

設計一種特定的控制系統，根據氨的變化調節空氣量

根據再生催化劑量去調節主風量

例3：工業廢水處理裝置含NaOH廢水直接排入河道將污染環境含量大時采取回收；含量小時采用加酸中和，保證廢水的PH=7

根據堿的含量及濃度調整酸流量怎么樣完成上述功能來滿足工藝要求呢？根據某一流量的變化調節另一流量比值控制：2024/3/1022.3.1比值控制的基本原理

控制變量：控制兩個變量的比值，通常是指兩個流量的比值

通過一個量的變化去改變另一量(操縱量)

廢水處理：FT101酸FC101含堿廢水排出水中和池控制器控制閥對象測量變送2.3.2比值控制的結構

由構成比值系統的形式分為不同的結構

1、定比值控制系統

保持兩個流量的比值恒定2024/3/103

(1)開環比值控制

如圖所示的中和池FT101酸FC101含堿廢水排出水中和池

若閥是線性的，則Q2隨Q1按比例變化

Q1變化后改變Q2,Q1占主導地位是主流量，Q2隨Q1變化稱為副流量。

圖中Q2隨Q1變化，沒有對Q2反饋校正，系統本身是開環的稱為開環比值控制器控制閥對象測量變送2024/3/104

此控制方案適合于副流量平穩且流量比值要求不高的場合

系統本身無抗干擾能力。若副流量（即酸）的壓力變化，無法保證兩流量的比值。

為提高系統的抗干擾能力，給出另一種比值控制方案

(2)單閉環比值控制系統

在開環比值系統中，對副流量設計控制回路FT101酸FC102含堿廢水排出水中和池FT102R比值計算器：按預先設置好的比值系數使控制器的輸出成比例變化單閉環比值系統結構圖-控制器+控制閥對象測量變送測量變送比值計算器副流量控制回路為隨動系統特點：Q1變化，經流量變送到比值計算器R，R的輸出作為副流量控制器的設定值，Q2經調節自動跟蹤Q1的變化，保持在新工況下Q2/Q1不變。2024/3/105當Q1不變，Q2可克服自身干擾(如閥前壓力擾動)此方案的特點：在Q2受干擾時仍能保持Q2/Q1穩定，但因Q1也有波動，不能使總物料恒定。

(3)雙閉環比值控制

特點：對主/副流量均設有控制回路，使系統在保證進料比值恒定的條件下，維持總負荷平穩。

例：合成氨生產

原料：石腦油(輕柴油)二者按一定的比例在轉化爐中反應

水蒸汽,空氣}

工藝要求：石腦油與水蒸氣的比例一定石腦油和水蒸氣各自的流量穩定

設計如圖所示的系統，采用了兩個閉合回路，保持各自流量平穩，克服了單閉環的缺點2024/3/106FT101蒸汽FC102石腦油去一段轉化爐FT102RFC101-控制器+控制閥對象測量變送比值計算器雙閉環比值系統結構圖-控制器+控制閥對象測量變送

以上三種方案的特點：保持兩種物料的比值恒定比值計算器的參數經計算設置后不再變動屬定比值系統}

2、變比值控制系統

比值控制的目的：確保工藝平穩操作、保證產品質量定比值只滿足了比值一定的關系，并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。從最終質量看，系統是開環的。2024/3/107如工業廢水處理：

若廢水中NaOH的濃度變化，采用原來的比值關系，當工藝狀況（如溫度、壓力等）發生變化時，系統本身無法視工藝情況自行調整，原來設定的比值器參數就不能保證最終處理結果呈中性，從定比值的最終結果看，系統仍是開環的。為保證最終產品質量，需隨時對比值器參數進行重新設置。但這些干擾通常是隨機的，且幅度又各不相同，無法用人工經常修正比值器參數。解決方法：按某一工藝指標自動修正流量比值——變比值控制系統。

FT101RC101FT102÷AC101AT1012024/3/108變比值控制系統結構圖⑴穩定狀態：表征最終質量指標的主參數y恒定，主控輸出(比值控制器的給定)穩定；Q2/Q1=r=Constant。比值計算器輸出(表征r)，作為比值控制器的測量值與給定值相等。比值控制器輸出穩定，控制閥開度一定，產品質量合格。⑵主流量干擾發生：由比值控制回路快速控制，使Q2按Q2=rQ1變化，以保持主參數y穩定。⑶除流量干擾外的干擾發生：主參數y變化，主控輸出變化，修改r，以保持主參數的穩定。實質是以比值控制系統為副回路的靜態前饋—串級控制系統。測量變送-比值控制器+控制閥流量對象測量變送比值計算器-+主對象主控制器測量變送干擾y2024/3/109

例1硝酸生產中氧化爐：氨氧化生成一氧化氮——放熱反應，溫度T是反應過程的主要指標，影響溫度的主要因素是氨氣一空氣的比值r，r穩定

T穩定。可構成溫度T對氨氣/空氣(r)串級控制系統——變比值控制系統。當T受到其它干擾(如觸媒老化)而發生變化時，可通過主控改變r來補償，以滿足工藝要求。2024/3/1010-比值控制器+控制閥氨氣測量變送比值計算器-+氧化爐測量變送溫度控制器測量變送干擾T2024/3/1011

(2)對雙閉環系統

1、主動量和從動量的選擇

(1)

Q1不可控，Q2可控的情況下，Q1主流量，Q2從動量

①如果Q1可能供應不足，Q2供應充足時，Q1主、Q2從，即使Q1失控

②從安全的角度考慮，當Q1、Q2都失控時,Q1做主動量和Q2做主動量的結果可能不一樣，哪種情況下安全(必須保持比值一定)，則選哪一作主流量。

如轉化爐

采用雙閉環，用蒸汽作主流量

因碳水比高于某一數值在爐管內催化劑積碳，堵塞爐管，造成事故2.3.3比值控制的實施2024/3/1012

2、應用比值器的方案如右圖：若采用DDZ—Ⅲ儀表則有u2：副流量控制器的測量值u0

：比值器的輸出，副流量控制器的設定值u1：主流量的測量值

K：比值系數2024/3/1013

比值系數K與流量比r的關系:

(1)流量與測量信號是線性關系2024/3/1014

(2)流量與測量信號是非線性關系（如差壓法）

3、應用乘法器的方案FT101FC102FT102

按工藝要求的流量比r，來設置us

u02024/3/1015

當流量為線性變送時：

非線性時：

按工藝要求的流量比r，來設置us

2、整定

若采用乘法器，計算乘法器的輸入值,

(1)根據工藝要求的，計算比值系數根據計算值進行現場投運。投運后視實際情況進行適當調整，直到滿足工藝要求。

(2)控制器采用PI形式，整定時先將積分時間置于最大，由大到小調整比例度，直到系統處于振蕩的臨界過程為止。2.3.4比值控制的投運及參數整定1.投運比值控制系統投運前的準備工作及投運步驟與單回路控制系統相同2024/3/1016

(3)適當加大比例度，放大20%然后慢慢減小積分時間，直到出現振蕩與不振蕩的臨界過程為止。

(4)在變比值控制系統中，因系統在結構上是串級控制系統，主控制器按串級控制系統整定。2.3.5比值控制系統中的幾個問題

1、流量檢測是否采用開方器

由比值系數K的計算可知，K與負荷無關，不管流量變送環節是線性還是非線性，比值控制系統均能保持靜態比值恒定。但測量變送環節的非線性對系統的動態特性有影響。

差壓法測流量時：

靜態放大倍數：Q0：工作點

負荷變化時,QO變化，K變化，影響系統的動態品質，QO小時系統穩定，QO增加，穩定性下降。2024/3/1017若采用開方器：

無論QO怎樣變化，K不變，系統的動態特性不受負荷的影響。

是否引用開方器，根據工藝要求的精度、負荷的變化情況而定

2、比值控制中的動態跟蹤問題

有些實際過程不僅要求穩態比值一定，而且要求動態比值一定。

動態跟蹤：研究兩流量的動態特性，使它們受外界干擾時，接近同步變化。FT101FC102FT102RFC101Gz(s)動態補償環節2024/3/1018

補償關系式實際應用時，可以近似代替，由于副流量滯后于主流量，所以此補償環節應具有超前特性。-+-+QP1(s)Qm1(s)Qz(s)KQP2(s)Qm2(s)比值器的比值系數因要求副流量隨主流量變化，故2024/3/1019

⒊主、副流量的邏輯提降問題

在比值控制系統中，有時兩個流量的提降先后需滿足某種邏輯關系。如鍋爐燃燒控制系統中，燃料量和空氣量的比值控制系統，為使燃料完全燃燒，在提負荷時先提空氣量，后提燃料量；在降負荷時先降燃料量，后降空氣量。反作用2024/3/1020PCLSFCFCHSK燃料空氣給水蒸汽2024/3/1021

謝