比率控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比率控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既有相同之處，也有不同之處。 這里只討論它的不同之處。 1.比率裝置參數(shù)k’的計(jì)算如上所述，比率控制是為了解決不同物料流之間的比例關(guān)系問題。 該工藝所需的比值系數(shù)k是不同物料之間的體積流量或重量流量的比值，而比值參數(shù)k’是儀表的讀數(shù)，在正常情況下，它與實(shí)際物料流量之間的比值k不相等。 因此，在設(shè)計(jì)比率控制系統(tǒng)時(shí)，比率參數(shù)k’必須根據(jù)過程所需的比率系數(shù)k來計(jì)算 使用單位組合儀表時(shí)，由于輸入輸出參數(shù)都是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，所以批準(zhǔn)器參數(shù)k’必須從實(shí)際物料流量的比值系數(shù)k轉(zhuǎn)換為儀表的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào) 討論了以下兩種情況 (1)流速和檢測信號(hào)具有非線性關(guān)系。當(dāng)差壓式流量傳感器(例如孔板)用于測量流量時(shí)，差壓與流量的平方成比例，即其中c是差壓式流量傳感器的比例系數(shù) 當(dāng)物料流量從0變化到△qmax時(shí)，壓差從0變化到△pma 因此，變送器的輸出從4毫安ADC變?yōu)?0毫安ADC(適用于DDZ三號(hào)儀器) 此時(shí)，對(duì)應(yīng)于任何一個(gè)流量值q1或q2的變送器輸出電流信號(hào)I1和I2應(yīng)在公式中，其中q1是主流的體積流量或重量流量；Q2是二次流率的體積流率，或者重量流率q1max是用于測量q1的變送器的zui質(zhì)量范圍；q2較大值為zui大范圍I1，用于測量Q2的變送器I2分別為用于測量Q1和Q2的變送器的輸出電流(ma) 即比率裝置的參數(shù) 上式表明，當(dāng)物料流量的比值k不變且流量與其檢測信號(hào)成平方時(shí)，實(shí)際物料流量比值與zui比值的乘積也是平方。(2)流量與檢測信號(hào)成線性關(guān)系。為了使流量和檢測信號(hào)線性，在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，可以在壓差變送器之后串聯(lián)一個(gè)平方器。比率參數(shù)的計(jì)算與上述不同 讓開平方器的輸出為“1”，并且“1”和“g”之間的線性關(guān)系是，當(dāng)物料流的比率k恒定并且流量與測量手柄數(shù)成線性時(shí)，比率參數(shù)與物料流的實(shí)際比率和zui大值的比率的乘積也是線性的 (3)實(shí)例計(jì)算表明，某一比例控制系統(tǒng)是已知的。孔板和壓差變送器用于測量一次和二次流量。一次流量變送器的zui質(zhì)量范圍為q1max=12.5m3/h，二次流量變送器的zui質(zhì)量范圍為q2max = 20m & sup3/h生產(chǎn)過程要求q2/q1=K=1.4。試算:1)不加開方器的ddz-iii儀器比值系數(shù)k’ 2)DDZ-ⅲ儀器加開方器后的比值系數(shù) 根據(jù)問題的含義，當(dāng)不添加開方器時(shí)，可以通過公式計(jì)算儀表的比率系數(shù)k’，即當(dāng)添加開方器時(shí)，可以通過公式計(jì)算儀表的比率系數(shù)k’，即對(duì)于相同的工藝要求，當(dāng)計(jì)算比率儀表的參數(shù)時(shí)不使用開方器和開方器時(shí)，結(jié)果是不同的。 2.比率控制系統(tǒng)中的非線性補(bǔ)償比率控制系統(tǒng)中的非線性特性是指受控過程的靜態(tài)放大系數(shù)隨負(fù)載變化而變化的特性。設(shè)計(jì)比率控制系統(tǒng)時(shí)必須注意 (1)測量和傳輸鏈路的非線性特性從上述比率裝置參數(shù)的計(jì)算中可以看出，流量的比率系數(shù)是恒定的，與負(fù)載無關(guān)，與測量模型是線性的還是非線性的。然而，當(dāng)流量與測量信號(hào)呈非線性時(shí)，它會(huì)影響過程的動(dòng)態(tài)特性 現(xiàn)在將作為例子描述圖7-6所示的比率控制系統(tǒng)。 在圖中，對(duì)于動(dòng)量q2驅(qū)動(dòng)的節(jié)流元件(孔板)，輸入輸出關(guān)系如下:如果壓差變送器采用DDZ-ⅲ儀表，將壓差信號(hào)線性轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)I2(單位為毫安)，則可用測量傳輸環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系可見，測量傳輸環(huán)節(jié)為非線性，其靜態(tài)放大系數(shù)K2為公式，其中q20為流量q2的靜態(tài)工作點(diǎn)(即負(fù)載)， 并且可以看出靜態(tài)放大系數(shù)K2與負(fù)載的大小成比例，并且隨著負(fù)載的變化而變化，這是非線性特征 由于這種非線性特性包含在廣義過程中，即使其他環(huán)節(jié)的放大系數(shù)是線性的，系統(tǒng)的總放大系數(shù)也將呈現(xiàn)非線性特性。 由此可見，當(dāng)過程處于小負(fù)載時(shí)，如果調(diào)節(jié)器參數(shù)被調(diào)整，系統(tǒng)將在正常狀態(tài)下運(yùn)行。然而，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，如果調(diào)節(jié)器的設(shè)置參數(shù)不能改變，系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量將下降，這是測量傳輸鏈路的非線性特性帶來的不利影響 (2)非線性補(bǔ)償為了克服這種不利影響，通常使用方形分頻器進(jìn)行補(bǔ)償，即在壓差變送器后面串聯(lián)一個(gè)方形分頻器，使流量和測量信號(hào)呈現(xiàn)線性關(guān)系 讓壓差變送器的輸出電流信號(hào)a和平方分割器的輸出電流信號(hào)(單位為毫安)之間的關(guān)系在這一點(diǎn)上，在串聯(lián)測量傳輸鏈路和平方分割器之后，總靜態(tài)放大系數(shù)K2’是可見的，K2’是常數(shù)，并且不再受負(fù)載變化的影響。 因此，在采用壓差法測量流量的比例控制系統(tǒng)中，平方器的引入是一種簡單的zui方法，用于補(bǔ)償系統(tǒng)的非線性特性。 然而，是否引入開方器取決于系統(tǒng)的控制精度和負(fù)載變化。 如果控制精度要求高，負(fù)載變化大，則需要用開方器進(jìn)行補(bǔ)償。如果控制精度要求不高，負(fù)載變化不大，則不需要開方器進(jìn)行補(bǔ)償。 3.比率控制系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償(Dynamic Compensation In Ratio Control System)在一些特殊的生產(chǎn)過程中，比較值控制要求非常高，即不僅在靜態(tài)條件下兩種物流的比率必須恒定，而且在動(dòng)態(tài)條件下兩種物流的比率必須恒定 因此，有必要增加一個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器。 這是帶有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的雙閉環(huán)比率控制系統(tǒng)的框圖。 圖中的Gz是一個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器。 根據(jù)工藝要求，為了獲得恒定的動(dòng)態(tài)比，有必要滿足干擾F(s)到主動(dòng)流Q1(s)的傳遞函數(shù)是主動(dòng)流Q1(S)到從動(dòng)流Q2(s)的傳遞函數(shù)，并且在可用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)是右側(cè)每個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)以及q2max和q1max的尺寸之后，可以獲得動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)，以便在主流和從動(dòng)流之間獲得恒定的動(dòng)態(tài)比 在實(shí)際應(yīng)用中，簡化關(guān)系可用于近似公式。 應(yīng)該注意的是，由于驅(qū)動(dòng)流總是滯后于主動(dòng)流，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器通常應(yīng)該具有超前特性。 4.比率控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)q2/q1=K(或q2=Kq1)的比率控制，有兩種具體的實(shí)現(xiàn)方案 一種是在兩個(gè)流q1和q2仍然被測量之后對(duì)它們進(jìn)行分頻，商被用作次級(jí)調(diào)節(jié)器的反饋值，這被稱為相位分頻控制方案。 其次，流量q1被測量并乘以比率系數(shù)k，并將乘積作為次級(jí)調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，這被稱為乘法控制方案。在工程中，當(dāng)具體實(shí)現(xiàn)比率控制時(shí)，通常有諸如比率裝置、乘法器或除法器之類的單元儀器可供選擇，這非常方便。

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