双闭环流量比值控制系统

一、设计题目涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计二、设计任务该设计可在A3000-FS 实验台上完成。

图１中1#管流量Q1为主变量，2#管流量Q2为从变量，可设计串级调节器控制FV101满足系统要求。

表１ 连接端配置 测量或控制量 测量或控制量标号1＃涡轮流量计 FT101 2＃涡轮流量计 FT102 电动调节阀FV101 ……以上连接图和仪表仅为本控制系统中的设计提供思路，并不完整，其它部分还需根据自己的设计思路添加。

三、功能要求1) 有组态界面，可观察控制效果，用户操作方便。

2) 可手动输入数据，比如主动量设置、流量比值设置等。

3) 工艺参数在线曲线，可观察控制系统的运行效果。

4) 可在线修改工艺参数。

5)对扰动有较好的抑制能力。

四、控制原理FT 1022#调节阀FV101FT 101比值器调节器Q 2Q 11#图１ 比值控制原理示意图单回路控制系统解决了工艺生产过程自动化中大量的参数定值问题。

但是，随着现代工业生产的迅速发展，工艺操作条件的要求更加严格，对安全运行和经济性及对控制质量的要求也更高。

但回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求，在这样的情况下，双闭环串级控制系统就应运而生。

双闭串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到广泛地应用，串级控制系统是指不止采用一个控制器，而是将两个或几个控制器相串级，是将一个控制器的输入作为下一个控制器设定值的控制系统。

双闭环串级控制系统，就其主回路来看是一个定值控制系统，而副回路则是一个随动系统，主调节器的输出能按照负荷和操作条件的变化而变化，从而不断改变副调节器的给定值，使副回路调节器的给定值适应负荷并随操作条件而变化，即具有一定的自适应能力。

正确合理地设计一个串级控制系统是要其能充分发挥如上所述系统的各种特点。

在系统设计时应包括主、副回路的设计，主、副调节器控制规律的选择及正、反作用方式的确定。

五、系统规划及详细设计1.控制方案根据设计要求，系统采用单闭环比值控制。

三级液位仿真系统双闭环比值控制系统实验报告实验报告:三级液位仿真系统双闭环比值控制系统一、引言液位控制是工业自动化中的重要应用之一、液位控制系统的目标是使液位保持在设定值附近，并且在输入条件发生变化时能够快速恢复到稳定状态。

本实验针对三级液位仿真系统，设计了双闭环比值控制系统，旨在通过控制液位流量比值来实现液位的稳定控制。

二、实验原理在三级液位仿真系统中，通过给定流量值控制输入泵的流量，控制出口泵的速度以满足液位控制要求。

传感器采集液位信号并反馈给控制系统，经过控制计算得到输出调节量，控制输入泵和出口泵的流量值。

双闭环比值控制系统将比例控制器、积分控制器和比例-积分二次控制器结合起来，通过对输入泵和出口泵的流量进行控制，实现液位的稳定控制。

其中，比例控制器通过控制出口泵的速度来调节液位；积分控制器通过控制输入泵的流量来增加系统的稳定性。

比例-积分二次控制器结合了比例控制器和积分控制器的优点，既能快速响应输出，又能保持系统的稳态。

三、实验步骤1.连接实验系统：将液位传感器和流量传感器分别连接到控制系统进行信号采集。

2.设置参数：根据实际系统，设置合适的参数，包括液位传感器和流量传感器的量程、比例控制器和积分控制器的参数等。

3.运行系统：启动实验系统，并设置液位的设定值。

4.控制开关：根据实验要求，打开或关闭比例控制器、积分控制器和比例-积分二次控制器。

5.实验记录：记录实验系统的响应速度、稳态误差和稳定性等参数，并与理论预期进行对比分析。

四、实验结果通过实验控制系统成功实现了液位稳定控制。

实验结果表明，比例-积分二次控制器的控制效果最好，能够快速响应输出，且稳定性较好。

比例控制器的控制效果次之，响应速度较快，但稳定性较差。

积分控制器的控制效果最差，响应速度相对较慢。

五、实验总结本实验通过三级液位仿真系统的双闭环比值控制系统，成功实现了液位的稳定控制。

实验结果表明，比例-积分二次控制器是一种有效的控制方法，能够在保证系统响应速度的同时保持稳态。

流量双闭环比值控制pid参数增定在化工、炼油或其他工业生产过程中。

工艺中常需要两中或两中以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。

实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。

常以保持两种或两种以上物料流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统［1]。

在需要保持比值关系的两种物料中，必有一种物料处于主导地位，这种物料称之为主物料，表征这种物料的的参数称之为主动量，由于在生产过程控制中主要是流量比值控制系统。

所以主动量也称为主流量，用F1表示；而另一种物料按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，因此称为从物料，表征其特性的参数称为从动量或副流量，用F2表示。

比值控制系统就是要实现副流量：F2与主流量F1成一定比例关系，满足关系： K =F2/F1，式中 K 为副流量与主流量的流量比值。

1.控制系统设计分析1.1控制要求(1）在化工、炼油及其它工业生产工程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。

在本实践中，将仿真比值控制系统，保持两个支路的流量Q1与Q2成一定比例关系，即： K =Q2?MQ1。

(2）当存在扰动时，两个流量仍能保持一定的比例，因此要求系统具有较好的抗干扰能力。

2.控制对象特征(1）本系统采用双闭环比值控制，其中支路1的流量Q1为主流量，支路2的流量Q2为副流量。

整个系统使用两个水泵，一个电磁流量计，一个涡轮流量计，一个电动调节阀以及一个变频器。

(2）在本次设计中，对象包括调节阀，及其所连接的管路。

(3）系统扰动大，工况不是很稳定。

(4）广义对象传函符合高阶特性，但 PID 控制不要求对象模型精度很高，故可以用一阶传递函数来模拟。

(5)系统仿真分析该控制系统具备两个闭合回路，主回路和副回路，两个回路通过比值器相连，主回路的输出量是副回路的输入量，两个回路相辅相成，但是又相互独立。

基于MCGS的双闭环流量比值控制系统的设计【摘要】首先分析实际工业生产过程中比值控制的意义和重要性，然后对开环流量比值控制、单闭环流量比值控制和双闭环流量比值控制进行了比较，再提出了双闭环流量比值控制系统的设计方案，最后对该系统进行了调试。

【关键词】MCGS组态软件双闭环流量比值控制PID调节器随着工业生产自动化程度的提高，企业对工厂的过程控制系统也提出了更高要求。

工艺上经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合参加化学反应。

例如，以重油为原料生产合成氨时，在造气工段应该保持一定的氧气和重油比率，在合成工段则应保持氢和氮的比值一定；在加热炉中，需要保持燃料油与空气成一定的比例。

如果没有比值控制或比值失调，会影响生产的正常进行、甚至产生生产事故，因此比值控制在现代工业中发挥着非常关键的作用。

开环流量比值控制，当从动量受到外部干扰时，两物料的比值很难保持不变。

给其增加一个副流量的控制回路，便是单闭环流量比值控制，这样实现了副流量随主流量变化而变化，克服了本身干扰对比值的影响，但无法保证主物料的流量恒定不变。

本设计是在单闭环流量比值控制系统的基础上，增加一个主流量的控制回路，构成双闭环流量比值控制系统。

1 系统设计方案本系统有两条支路，一路是来自于电动阀支路的流量Q1，它是主动量；另一路是来自于变频器磁力泵支路的流量Q2，它是从动量。

要求从动量Q2能跟随主动量Q1的变化而变化，而且两者保持一定的比例关系Q2 / Q1=K.系统原理图和方框图如下：图2？系统方框图2 MCGS组态软件MCGS是一套全中文32 位工控组态软件，基于Windows95/98/Me/NT/2000 等平台，具有易用性、开放性和集成能力的用于快速构造和生成上位机监控系统的通用组态软件系统。

本设计在传统的需要人工监测和人工调节的过程控制基础上，加入了MCGS组态软件进行辅助控制，具有自动监测和自动调节功能，它能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警、动画显示、趋势曲线和报表输出等。

学号：01课程设计报告题双闭环比值系统仿真目学计算机科学与信息工程学院院专自动化业班2013级自动化3级学生刘博姓名指导教师吴诗贤2016年11月26日摘要 (3)一、课程设计任务 (5) (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)参考文献21双闭环比值控制系统仿真摘要：双闭环比值控制系统的特点是在保持比值控制的前提下，主动量和从动量两个流量均构成闭环回路，这样克服了自身流量的干扰，使主、从流量都比较平稳,并使得工艺总负荷也较稳定。

一、设计题目双闭环流量比值控制二、主要内容熟悉THJ-2型高级过程控制系统实验装置，获取电动阀支路的流量和变频器－磁力泵支路的流量曲线，利用实验建模法求出它们的数学模型。

根据串级控制，选择合适的调节器控制规律，并在Matlab上进行仿真。

最终在过程控制系统实验装置平台上完成实际系统的调试，并说明两种方法的所得结果的差别。

三、具体要求1.从组成、工作原理上对工业型传感器、执行机构有一深刻的了解和认识。

2.分析控制系统各个环节的动态特性，从实验中获得各环节的特性曲线，建立被控对象的数学模型。

3.根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。

4.在Matlab上进行仿真，调节控制器参数，获得最佳控制效果。

5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法，并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。

6.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异，巩固所学的知识。

四、进度安排第一周分组；查找资料；对象模型的获取，Matlab仿真第二周系统调试，撰写课程设计报告，答辩五、完成后应上交的材料课程设计报告。

六、总评成绩指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日目录一、被控对象以及仪器仪表的描述二、控制方案选择及其论述，控制系统方框图及其说明三、对象的特性曲线测试，对象的数学模型四、matlab仿真五、控制系统连线示意图及说明，并且记录最佳控制结果的调节器参数以及结果曲线六、心得体会一、被控对象以及仪器仪表的描述1.1系统简介“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。

该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈—反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。

1.2被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。

《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：专业：自动化年级：2010级指导教师：李天华目录1 任务书 11.1设计题目 --- 11.2设计任务 --- 11.3原始数据 --- 21.4设计内容 --- 22 研究背景 33 研究意义 44 研究内容 45 论文组织 55.1衰减曲线法整定主动量回路控制器参数 -- 55.2反应曲线法整定从动量回路控制器参数 -- 85.3双闭环比值控制系统仿真及性能测试 --- 115.4双闭环比值控制系统的抗干扰能力检验 - 136 双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各自的优缺点 --- 16 6.1双闭环比值控制与串级控制的区别 ----- 166.2双闭环比值控制的优、缺点 176.3串级控制的优、缺点 ----- 177 总结 178 参考文献 ------ 17附录：双闭环比值控制最终整定结果(Simulink图) 181任务书1.1设计题目双闭环比值控制系统的分析与设计1.2设计任务在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。

如：燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛；制药生产中要求药物和注入剂按比例混合；造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例；水泥配料系统等等。

凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。

主动量：起主导作用而又不可控的物料流量Q1；从动量---跟随主动量而变化的物料流量Q2；比例系数：k=在生产过程中，根据工艺过程容许的负荷波动幅度、干扰因素的性质和产品质量的要求不同，实现对两种物料流量比值的控制方案也不同：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、变比值控制系统。

双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，其流程图和方框图分别如图 1和图2所示。

一．设计任务分析1.1设计任务的描述在了解、熟悉和掌握双闭环流量比值控制系统的工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础之上，根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求，应用控制理论对控制系统进行分析和综合，最后采用计算机控制技术予以实现。

1.2设计的目的通过对一个完整的生产过程控制系统的课程设计，使我们进一步加深对《过程控制系统》课程中所学内容的理解和掌握，提高我们将《过程检测与控制仪表》、《自动控制原理》、《微机控制技术》和《过程工程基础》等课程中所学到知识综合应用的能力。

锻炼学生的综合知识应用能力，让学生了解一般工程系统的设计方法、步骤，系统的集成和投运。

从而培养学生分析问题和解决问题的能力。

1.3设计的要求1.从组成、工作原理上对工业型流量传感器、执行机构有一深刻的了解和认识。

2.分析控制系统各个环节的动态特性，从实验中获得各环节的特性曲线，建立被控对象的数学模型。

3.根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。

4.在Matlab上进行仿真，调节控制器参数，获得最佳控制效果。

5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法，并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。

6.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异，巩固所学的知识。

1.4本次设计的具体要求1.控制电磁阀的开度实现流量的单闭环的PI调节。

2.通过变频器控制电磁阀运行实现流量的单闭环的PI调节3.用比例控制系统使副回路的流量跟踪主回路的流量，满足一定的工艺生产要求二．总体设计方案2.1方案论证根据实际生产情况，比值控制系统可以选择不同的控制方案，比值控制系统的控制方案主要有开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统几种。

方案一：单闭环控制系统原理设计的系统框图如图2.1所示。

图2.1 单闭环流量比值控制系统原理图单闭环流量比值控制系统与串级控制系统相似，但功能不同。

可见，系统中没有主对象和主调节器，这是单闭环比值控制系统在结构上与串级控制不同的地方，串级控制中的副变量是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量，而在比值控制中，副流量不会影响主流量，这是两者本质上的区别。

实验六双闭环流量比值控制系统一、实验目的1．实验目的：(1) 通过实验加深了解比值控制系统的基本概念、比值控制系统的结构组成(2) 掌握比值系数的计算, 掌握比值控制系统的参数整定二、实验设备1、水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、调节器（调节器808型两台、818型）、主回路调节阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计，比例器，上水箱、中水箱。

2、计算机、上位机MCGS 组态软件、RS232-485 转换器1 只、串口线1 根3、万用表1 只三、实验原理本实验是双闭环流量比值控制系统。

其实验系统结构图如图6-7所示。

该系统中有两条支路，一路是来自于电动阀支路的流量Q1，它是一个主流量；另一路是来自于变频器—磁力泵支路的流量Q2，它是系统的副流量。

要求副流量Q2能跟随主流量Q1的变化而变化，而且两者间保持一个定值的比例关系，即Q2/Q1=K。

图6-7 双闭环流量比值控制系统(a)结构图 (b)方框图由图中可以看出双闭环流量比值控制系统是由一个定值控制的主流量回路和一个跟随主流量变化的副流量控制回路组成，主流量回路能克服主流量扰动，实现其定值控制。

副流量控制回路能抑制作用于副回路中的扰动，当扰动消除后，主副流量都回复到原设定值上，其比值不变。

显然，双闭环流量控制系统的总流量是固定不变的。

四、实验内容与步骤1、根据实验系统流程图构成一个单闭环比值控制系统。

2、将流量比值实验所用设备，按系统框图连接。

3、将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11、F2-1、F2-5全开，其余阀门均关闭4、接通总电源和各仪表电源。

5、调节控制台面板上电位器K1可改变主副流量的比值，比值的范围是0.1～1倍。

控制系统的参数整定，调节器的参数整定可按单回路的整定方法进行。

6、稳定后，改变副回路中流量的大小，观察主回路流量的变化。

7、记录并处理历史曲线。

8、改变比例器的比例系数，观察流量的变化。

调节器控制参数：调节器不能整定出比较合理的参数，需根据曲线来人工调整。