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 \(Q_{b1}\), \(Q_{b2}\), 由 \(k\overset{\Delta}{=}\frac{Q_2}{Q_1}\) (一般为副/主，由主流量乘以比值系数),

\[ \begin{align*} K&\overset{\Delta}{=}\frac{I_2-I_a}{I_1-I_a}\\ &=\frac{Q_2}{Q_1}\frac{Q_{b1}}{Q_{b2}}\\ &=k\frac{Q_{b1}}{Q_{b2}} \end{align*} \]

(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 \(k\overset{\Delta}{=}\frac{Q_2}{Q_1}\), 从而

\[ \begin{align*} K&\overset{\Delta}{=}\frac{I_2-I_a}{I_1-I_a}\\ &=\frac{Q^2_2}{Q^2_1}\frac{Q^2_{b1}}{Q^2_{b2}}\\ &=k^2\frac{Q^2_{b1}}{Q^2_{b2}} \end{align*} \]

此时的放大倍数\(K_m=\frac{dI}{dQ}=2(I_b-I_a)\frac{Q}{Q_b^2}\), 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

\[ \frac{Q_2}{Q_1}=\frac{G_{m1}G_z G_{p2}}{1+G_{m2}G_{p2}}=k \]

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 \(K=\frac{Q_2}{Q_1}\frac{Q_{b1}}{Q_{b2}}\)

\[ \frac{dK}{dQ_2}=\frac{1}{Q_1}\frac{Q_{b1}}{Q_{b2}}=\frac{k}{Q_2}\frac{Q_{b1}}{Q_{b2}} \]

静态增益会变化。