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* 第 7 章 比 值 控 制 系 统 过程控制系统仿真 《过程控制系统仿真》电子工业出版社 出版 2009.3 作者：郭阳宽 王正林 联系邮箱：wa_2003@126.com 本章内容与 目录 7.1 比值控制系统基础知识 7.1.1 比值控制系统特点 7.1.2 比值控制系统的类型 7.1.3 比值系数计算 7.2 比值控制系统设计 7.3 综合仿真实例 本章小结 本章描述了比值控制的基本概念，介绍了比值控制的基本特点、比值控制系统的设计及其控制器参数整定等基础知识，并通过实例仿真进行了各类比值控制系统设计及整定。 通过本章，读者对比值控制的基本概念、特点和设计方法有较为全面的认识，并通过仿真深化对比值控制的理解。 7.1 比值控制系统基础知识 7.1.1 比值控制系统特点 比值控制系统的特征: 是实现两个或两个以上物料保持一定比例关系。 1. 主物料，也称为主动量: 在要保持一定比例关系的物料中，把起主导作用的物料。 2. 从物料，也称为从动量: 另一种随主物料的变化而成比例地变化的物料 3. 在过程控制中经常保持比例的参量是流量，故常用下式表示 7.1 比值控制系统基础知识 7.1.2 比值控制系统的类型 根据生产过程中工艺容许的负荷、干扰、产品质量等要求不同，实际采用的比值控制方案也不同。 比值控制系统分为：1. 开环比值控制系统； 2. 单闭环比值控制系统； 3. 双闭环比值控制系统； 4. 变比值控制系统等。 7.1 比值控制系统基础知识 7.1.2 比值控制系统的类型 1．开环比值控制系统 （1）工艺流程图；（2）原理方框图 图7.2 开环比值控制系统 工艺流程图和原理方框图如图7.2所示。 7.1 比值控制系统基础知识 7.1.2 比值控制系统的类型 1．开环比值控制系统 1）当系统处于稳定工作状态时，两物料的流量满足比值关系。 2）当主动量受到干扰而发生变化时，系统通过比值器及设定值按比例去改变控制阀的开度，调节从动量使之与主动量仍保持原有的比例关系。 3）当从动量受到外界干扰（如温度、压力扰动）波动时，由于是开环控制，没有调节从动量自身波动的环节，也没有调整主动量的环节，故两种物料的比值关系很难保持不变，系统对此无能为力。 开环比值控制是理解比例控制工作机理的基础，在实际工程上很少应用。 7.1 比值控制系统基础知识 7.1.2 比值控制系统的类型 2．单闭环比值控制系统 单闭环比值控制系统是在开环比值控制系统上增加对副物料的闭环控制回路，用以实现主、副物料的比值保持不变。工艺流程图及原理框图如图7.3所示。 7.1 比值控制系统基础知识 7.1.2 比值控制系统的类型 2．单闭环比值控制系统 单闭环比值控制系统的四种工作情况： （1）当在系统处于稳定工作状态时，主、副物料流量的比值恒定。 （2）当主物料流量不变，副物料流量受到扰动变化时，可通过副流量的闭合回路调整副物料流量使之恢复到原设定值，保证主、副物料流量比值一定。 （3）当主物料流量受到扰动变化，而副物料不变时，则按预先设置好的比值使比值器输出成比例变化，即改变给定值，根据给定值的变化，发出控制命令，以改变调节阀的开度，使副流量跟随主流量而变化，从而保证原设定的比值不变。 （4）当主、副物料流量同时受到扰动变化时，调节器在调整副物料流量使之维持原设定值的同时，系统又根据主物料流量产生新的给定值，改变调节阀的开度，使主、副物料流量在新的流量数值的基础上，保持原设定值的比值关系不变。 总之, 单闭环比值控制系统虽然能保持主、副物料流量比值不变，但是无法控制主物料的流量不变，因此，对生产过程的生产能力没有进行控制。该控制系统能保证主、副物料的流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。 7.1 比值控制系统基础知识 7.1.2 比值控制系统的类型 2．单闭环比值控制系统 【例7-1】 利用单闭环比值随动控制实现水泥生产中萤石自动配料。 水泥生产中，为了降低水泥中fCaO（游离氧化钙，又称游离钙）含量，提高水泥熟料质量，要求在石灰石中按一定比例自动连续地掺加萤石。利用如图7.4所示的单闭环比值控制的方式可以实现萤石与石灰石比例的恒定，达到了提高水泥质量的目的。 图7.4 萤石单闭环比值控