Control with Intension

均匀控制 | Uniform Control¶

原因: 流量调节较为迅速和剧烈。
目标: 兼顾流量平稳、液位在允许区间波动。
实现手段: 调节PID控制器的参数

均匀控制的实现¶

一般来说，纯 "液位-流量" 控制采用单回路或者串级控制回路。均匀控制在结构上是和一般控制一致。

控制器参数整定

均匀控制的控制器控制作用弱。反映在控制器参数上，要求

宽的比例度，比例增益尽可能小。
大的积分时间。
不使用微分

双冲量均匀控制¶

两个测量量，并作相减运算后作为测量变送。控制的是两者的差恒定。

比值控制 | Ratio Control¶

定比值¶

分类

根据闭环数目来分类。

开环比值控制
单闭环比值控制
双闭环比值控制

变比值控制¶

从控制质量来说，定比值控制是理论上的，开环控制，没有考虑其他干扰 (如温度、压力、成分以及反应器的催化剂老化问题)

按照某一工艺指标来修正比值系数。

注: 也叫串级比值控制 (静态前馈-串级控制系统)。

Explanation

主流量 (可视作干扰通道) 对副流量的影响，通过静态前馈消除。
副流量自身的干扰，通过副回路加以控制。
温度的影响，改变副回路控制器的设定值。

只是这里的设定值恰好是比值。故又叫比值控制。

主副流量选择¶

主流量: 起主导作用、可测不可控 (干扰)、昂贵的物料

比值系数的确定¶

区分: 流量比值 $k$ 和仪表比值 $K$ .

折算方法

一般流量的测量变送为差压变送器。如果

(i) 经过开方器，则流量测量变送值(电信号, $I$ )和真实流量 $Q$ 之间为线性关系。记变送值量程 $[I_{a}, I_{b}]$ , 流量量程 $[Q_{a}, Q_{b}]$ , 一般认为 $Q_{a} = 0$ , 则

I = \frac{Q - Q_{a}}{(Q_{b} - Q_{a})} (I_{b} - I_{a}) + I_{a} = \frac{Q}{Q_{b}} (I_{b} - I_{a}) + I_{a}

主副流量分别用下标 $1$ , $2$ 表示，则两个差压变送器的量程最大值分别为 $Q_{b 1}$ , $Q_{b 2}$ , 由 $k \overset{Δ}{=} \frac{Q_{2}}{Q_{1}}$ (一般为副/主，由主流量乘以比值系数),

\begin{aligned} K & \overset{Δ}{=} \frac{I_{2} - I_{a}}{I_{1} - I_{a}} \\ = \frac{Q_{2}}{Q_{1}} \frac{Q_{b 1}}{Q_{b 2}} \\ = k \frac{Q_{b 1}}{Q_{b 2}} \end{aligned}

(ii) 不经过开方器，则流量测量变送值(电信号, $I$ )和真实流量 $Q$ 之间为平方关系，即

I = \frac{Q^{2}}{Q_{b}^{2}} (I_{b} - I_{a}) + I_{a}

此时流量比值仍然是一次式之比 $k \overset{Δ}{=} \frac{Q_{2}}{Q_{1}}$ , 从而

\begin{aligned} K & \overset{Δ}{=} \frac{I_{2} - I_{a}}{I_{1} - I_{a}} \\ = \frac{Q_{2}^{2}}{Q_{1}^{2}} \frac{Q_{b 1}^{2}}{Q_{b 2}^{2}} \\ = k^{2} \frac{Q_{b 1}^{2}}{Q_{b 2}^{2}} \end{aligned}

此时的放大倍数 $K_{m} = \frac{d I}{d Q} = 2 (I_{b} - I_{a}) \frac{Q}{Q_{b}^{2}}$ , 非恒定值。而加开方器，放大系数为恒定值，不随负载变化。

动态跟踪¶

如果希望动态跟踪，使得副流量能够随时跟随主流量的变化而变化，则可以尝试在开环结构 (一般不再已经闭环的结构里再加补偿器, 当然双闭环能用) 中加入一个补偿器 $G_{z}$ 。其于主流量变送信号进入乘法器之前进行。

利用 $Q_{1}$ 对 $Q_{2}$ 的影响

\frac{Q_{2}}{Q_{1}} = \frac{G_{m 1} G_{z} G_{p 2}}{1 + G_{m 2} G_{p 2}} = k

从而求得 $G_{z}$ .

比值实现方案¶

乘法: 常用
除法: 会具有很强的非线性。对于开环除法实现的比值控制，其回路 (副流量) 增益在变化。假设使用了开方器，则 $K = \frac{Q_{2}}{Q_{1}} \frac{Q_{b 1}}{Q_{b 2}}$

\frac{d K}{d Q_{2}} = \frac{1}{Q_{1}} \frac{Q_{b 1}}{Q_{b 2}} = \frac{k}{Q_{2}} \frac{Q_{b 1}}{Q_{b 2}}

静态增益会变化。