比值控制系统

过 程 控 制 实验报告

实验名称： 比值控制系统 班级： 姓名： 学号：

一、实验目的

1) 通过本实验，了解比值控制系统的基本结构及性能特点。 2) 掌握比值控制系统的设计思想和控制器的参数整定方法。

二、 实验原理

比值控制系统是实现两个或两个以上物料保持一定比例关系。主物料(主动量)在要保持一定比例关系的物料中，起主导作用；从物料(从动量)随主物料的变化而成比例地变化。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：开环比值控制系统、 单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统和变比值控制系统等。

实际生产过程中，物料按比例输入并不是最终目的，往往要对除了输入物料以外的第三参量进行控制。当第三参量随输入物料的配比不同变化时，对第三参量的控制问题，变成了调节物料配比问题，这就是变比值控制。

变比值控制是一种内外环嵌套的复合控制，内环控制从物料的变化，外环控制第三参量的变化。通过第三参量的变化实现系统的变比值控制。

主动量和从动量经检测、变送后送入除法器相除，除法器的输出即为它们的比值，同时又是比值控制器的测量值。

系统在稳定工作状态下，主被控变量（即第三参量）稳定，主控制器的输出也稳定不变并和比值控制器信号相等，从物料量控制阀门稳定于某一开度，控制器的比值恒定。

当主物料量受到干扰发生波动时，除法器输出要发生改变，从物料控制系统调节从物料控制阀门开度，使从动量也发生变化，保证主物料量和从物料量比值不变。

当从物料量受到干扰发生波动时，和单闭环比值控制系统及双闭环比值控制系统一样，调节从物料流量，保证主物料量和从物料量比值不变。

当主被控对象（即第三参量）受到干扰引起被控发生变化时，主控制器的输出将发生变化，也就是改变了比值控制器的设定值，即改变了主、从物料的比值。

比值控制系统的工程整定法 （一）单闭环控制系统

从动量控制回路是跟随主动量而变化的随动系统。因此，要求反映快速、准确。故应采用PI控制方式，并将过渡过程整定成非周期临界情况，这时过渡过程既不振荡反应又快。控制器参数的整定步骤可归纳如下：

（1）根据工艺要求的流量比值K，求得比值系数。

（2）将积分时间置于最大值，由大到小逐步改变比例度，直到在阶跃干扰下过渡过程处于振荡与不振荡的临界过程为止。

（3）适当放宽比例度（一般为20%）的情况下，逐步缓慢地减小积分时间，直到出现振荡与不振荡的临界过程或稍有一点超调的情况为止。

（二）双闭环比值控制系统 主流量控制环实现定值控制，从流量控制环实现自身的稳定控制和对主流量变化的跟踪，从而实现主、从流量的比值恒定。

因此，两闭环调节器均应选择PI控制规律，而且应使从流量控制环响应较

主流量控制环快，这样从流量控制系统才有能跟上主流量的变化，保证主、从流量比值恒定。主、从控制回路都应将过渡过程整定成非周期临界情况。

（三）变比值控制系统 变比值控制系统，又可称为串级比值控制系统，它具有串级控制系统的一些特点，仿效串级控制系统调节器控制规律的选择原则，主调节器选择PI或PID控制规律；副调节器（即从动量调节器）可按单闭环控制系统进行整定。 三、实验内容

假设系统从动量的传递函数为 3G(s)??e?5s (10s?1)(20s?1)

以主动量为输入，主被控量（第三参量）为输出的数学模型为 3G(s)??e?3s

(6s?1)(12s?1)

以从动量为输入，主被控量（第三参量）为输出的数学模型为 2G(s)??e?3s

(5s?1)(12s?1)

设比值系数为0.5。控制系统框图如下：

图1 变比值控制系统框图

三、实验内容：

1）系统simulink仿真图如下：

图2 变比值系统simulink图

2）整定从动量的控制器参数，并给出整定后从动闭环系统的阶跃相应曲线。 从动量控制器simulink图如下：

图3 从动量的控制器simulink图

阶跃响应曲线图如下：

图4 从动闭环系统的阶跃相应曲线图 此时 Kp=0.2

3）整定主被控量控制器参数，并给出整定后主被控变量闭环系统的阶跃相应曲线。

主被控量控制器simulink图如下：

图5 闭环系统的simulink图

主被控变量闭环系统采用临界比例度法求：

临界比例度响应曲线图如下：

图6 临界比例度响应曲线图 此时 Kp=2.5 Tk=84

采用PI控制时的参数计算：

P=0.454*Kp=0.454*2.5=1.14 Ti=0.85*Tk=71.4

调整后的阶跃响应曲线如下：

图7 整定后主被控变量闭环系统的阶跃相应曲线图

4）设主动量输入信号为1.5并受到幅值为0.1的随机干扰；主被控量给定值为7，主被控量受到幅值为0.07的随机干扰F1；从动量受到幅值为0.08的随机干扰F2。给出该变比值控制系统的运行结果仿真图。

simulink图如下：

图8 主动量加干扰后的simulink图

系统阶跃响应图如下：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qsjf.html