学
号：
2013133301
课程设计报告
题 目 双闭环比值系统仿真
学 院 计算机科学与信息工程学院
专 业 自动化
班 级 2013级自动化3
学生姓名 刘博
指导教师 吴诗贤
2016 年 11 月 26 日
2
摘要 ········································································································· 3
一、课程设计任务 ················································································· 5
二、课程设计内容 ················································································· 5
(1) PID控制原理及PID参数整定概述 ································ 5
(2) 基于稳定边界法的PID控制器参数整定算法 ··················· 7
(3) 利用Simulink建立仿真模型 ········································ 9
(4) 参数整定过程························································· 14
(5) 调试分析过程及仿真结果描述 ···································· 20
三、总结 ······························································································· 20
《过程控制》
课程设计报告
题 目：双闭环比值控制系统的分析与设计
姓 名： 王飞
学 号： 20106206
专 业： 自动化
年 级： 2010级
指导教师： 李天华
双闭环比值控制系统的分析与设计
目 录
1 任务书 -------------------------------------------------------- 1
1.1设计题目 --------------------------------------------------- 1
1.2设计任务 --------------------------------------------------- 1
1.3原始数据 --------------------------------------------------- 2
1.4设计内容 --------------------------------------------------- 2
2 研究背景 ------------------------------------------------------- 3
3 研究意义 ------------------------------------------------------- 4
4 研究内容 ------------------------------------------------------- 4
ｌ ｌ２ 刘建华孙强：比值控制在过程控制中的应用 技术在线
比值控制在过程控制中的应用
刘建华 孙强。
１潍坊科技学院 山东寿光２６２７００ ２神华国华宁东发电有限公司安全技术部宁夏７５０４０８
１比值控制系统原理简介
比值控制系统是一种物料量随另一种物料量而变化
的自动调节系统，根据实际生产过程的不同要求，常用
比值控制系统有定比值控制系统和变比值控制系统。
定比值控制系统有开环比值控制、单闭环比值控制系统
及双闭环控制系统３种形式。其特点是以保持主流量Ｆｌ和副
流量Ｆ２ＬＬ值一定为目的。比值计算块的参数经计算设置好后
不再变动，工艺要求的实际流量比值ｋ也就固定不变；当主
流量Ｆｌ发生变化时，比值控制回路快速随动跟踪，使副流量
Ｆ２＝ｋ＊Ｆ１关系变化，严格保持Ｆ２与Ｆ１的比例关系。
变比值控制系统就是自动修正比值系数，它是以比
值控制系统为副回路的串级控制系统。副回路任务是克
服干扰，保证主控制器输出设定的比值系数，而主回路
的任务是保证表征产品质量指标的主被控变量恒定，在
变比值控制系统中的主被控变量必须是连续可测的。
２固相水合工艺及控制系统设计
２．１工艺简介
在纯碱煅烧工艺中，煅烧制得的纯碱堆积密度在０．４５
～Ｏ．７９ ｔ／ｍ。称为轻质纯碱或轻灰。重灰即重质纯碱，堆积密
度在０．８ ｔ／ｍ。以上，由于其颗粒和堆积密度比轻质纯碱大，故
可减少包装和储存的费用。以重灰作原料的玻璃生产业，其
生产的玻璃主要用在电视机、电脑显示器等用显像管的高端
玻璃制品上。在用重灰作原料生产时可提高产量，延长玻璃
窑的使用周期，故重灰特别受到用户的欢迎。
目前，工业化生产中，主要以轻灰为原料制造重
灰，其生产方法主要有挤压法、固相水合法及液相水合
法等几种。固相水合法又称水混法，它是在３５．４～１０９
℃范围内，水和轻灰按一定水碱比混合，形成颗粒均
匀，粒度≥７０％、总碱度≥９９．２％、比重≥９００ ｋｇ／ｍ 的一
比值算法的实施方案
为了获得两流量的比值关系算法，可以采用不同的仪表实现。一般来说，可以将实施方
案分为相乘方案和相除方案两种。
1．相乘方案
在相乘方案中，将主流量的测量值乘上某一系数，作为副流量控制器的给定值。
能够实现相乘功能的常用仪器有比值器、比例控制器、配比器、乘法器等。如果比值1q
2q
K为
常数，上述仪表均可应用；如比值K为变数（变比值控制系统），则只能用乘法器，需要将
比值设定信号换接成第三参数的测量。采用乘法器的单闭环比值控制方案如图1所示。
F2CF1T
F2T1q
2q×sI
0I1I
2I
图1 比值控制的乘法器方案
按工艺要求的流量比K来确定乘法器的设定信号。以电动III型以乘法器仪表为例，
其运算式为： sI
4
16)4)(4(1
0+−−
=sII
I （1）
式中，为乘法器设定信号，为乘法器的输出信号作为副流量设定值信号，为主
流量测量变送得到的电流信号作为乘法器的输入信号。当系统稳定时，，可得 sI
0I
1I
02II=
416
44
12+×
−−
=
II
I
s （2）
即对于电动III型仪表，乘法器的乘法设定值为
416+×=α
sI （3）
从上式可以看出，只有比值系数α不大于1时，才能够用乘法器实现。 1
max2max1
min1min2≤=
−−
=
K
IIII
α或者1
2
max22
max12
min1min2≤=
−−
=
K
IIII
α
即为了使主、副流量的比值在可变范围内，要求在选择仪表量程时应满足
max1maxmax2qKq≥
也就是说，应按照工艺要求的最大比值来选择仪表的量程。 maxK
假定由于仪表量程选择的限制和工艺比值K的条件造成1
max2max1>
K，为了使乘法器的
设定电流在标准信号范围内，可将乘法器由主流量一侧改接在副流量一侧，如图2所示。
不失原来的比值控制作用。此时，根据乘法器的信号关系有 sI
4
16)4)(4(
2
0+−−
=sII
I （4） 1q
2qsI
0I1I2I
图2 乘法器接副流量侧
