MATLAB/Simulink與過程控制系統(tǒng)仿真第八章比值控制系統(tǒng)110072A12010072022魏興比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識比值控制系統(tǒng)設(shè)計綜合仿真實例比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識比值控制系統(tǒng)特點比值控制系統(tǒng)的特征：是實現(xiàn)兩個或兩個以上物料保持一定比例關(guān)系。.主物料，也稱為主動量：在要保持一定比例關(guān)系的物料中，把起主導(dǎo)作用的物料。.從物料，也稱為從動量：另一種隨主物料的變化而成比例地變化的物料.在過程控制中經(jīng)常保持比例的參量是流量，故常用下式表示K幺Qi比值控制系統(tǒng)的類型根據(jù)生產(chǎn)過程中工藝容許的負(fù)荷、干擾、產(chǎn)品質(zhì)量等要求不同，實際采用的比值控制方案也不同。比值控制系統(tǒng)分為：1.開環(huán)比值控制系統(tǒng)；.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng);.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng);

.變比值控制系統(tǒng)等。1.開環(huán)比值控制系統(tǒng)工藝流程圖和原理方框圖如圖所示。2,單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是在開環(huán)比值控制系統(tǒng)上增加對副物料的閉環(huán)控制回路，用以實現(xiàn)主、副物料的比值保持不變。工藝流程圖及原理框圖如圖所示。3,雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)工作時，若主動量受到干擾發(fā)生波動，則主動量回路對其進(jìn)行定值控制，使主動量始終穩(wěn)定在給定值附近，同時從動量控制回路也會隨主動量的波動進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)從動量受到擾動發(fā)生波動時，從動量控制回路對其進(jìn)行定值控制，使從動量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動控制回路不受從動量波動的影響。因此，因擾動而發(fā)生的主動量和從動量波動利用各自控制回路分別實現(xiàn)實際值與給定值吻合，從而保證主、副物料流量的比值恒定。當(dāng)調(diào)節(jié)主動量給定值時，主動量控制回路調(diào)節(jié)主動量實際值和給定值吻合；同時，根據(jù)主動量與從動量的比值及新的主動量給定值，系統(tǒng)給出從動量控制回路的輸入值。通過從動控制回路的調(diào)節(jié)控制使從動量的實際值與該輸入值吻合，即從動控制量的實際值與主動量變動后的數(shù)值相對應(yīng)，保持主動量和從動量的比值不變。4.變比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)有一個共同的特點：通過控制系統(tǒng)維持物料的供應(yīng)比值恒定，保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。實際生產(chǎn)過程中，物料按比例輸入并不是最終目的，一般最終目的是生產(chǎn)過程的結(jié)果，如發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，自來水氯氣消毒系統(tǒng)輸出水的質(zhì)量與流量等。因此，在生產(chǎn)過程中，往往要對除了輸入物料以外的第三參量進(jìn)行控制。當(dāng)?shù)谌齾⒘侩S輸入物料的配比不同變化時，對第三參量的控制問題，變成了調(diào)節(jié)物料配比問題，這就是變比值控制，其控制的工藝圖和控制方框圖如圖所示。比值控制系統(tǒng)設(shè)計8.2.1系統(tǒng)選用原則（1）單閉環(huán)比值控制的選用當(dāng)要求兩種物料比值精確、恒定；外干擾引起的主流量波動變化可以容忍；只有一種物料可控，其它物料不可控制;（2）雙閉環(huán)比值控制選用當(dāng)要求兩種物料比值精確、恒定；擾動引起的主、副流量變化較大；不適用于只有一種物料可控，其它物料不可控制情況；（3）變比值控制選用當(dāng)兩種物料流量的比值與主被控制量（主動量和從動量之外的第三參量）有內(nèi)在關(guān)系，需要根據(jù)主動量的測得值和主被控制量的給定值調(diào)整主從物料流量的比值實現(xiàn)對主被控制量給定值的跟蹤控制（或定值控制）時，應(yīng)選用變比值控制方案。8.2.2主從物料的選擇主要依循以下原則：（1）貴重原則（2）不可控原則（3）主導(dǎo)作用原則（4）流量大小原則（5）工藝需要原則綜合仿真實例3在例一中如系統(tǒng)傳遞函數(shù)為“）二由11一4'，其他參數(shù)不變，試3對其進(jìn)行單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)仿真分析，并討論"）=際11~4s分母中“15”變化±10%時控制系統(tǒng)的魯棒性。解：（1）分析從動量無調(diào)節(jié)器的開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

由控制理論知，開環(huán)穩(wěn)定性分析是系統(tǒng)校正的前提。系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析可利用Bode圖進(jìn)行，編制MATLABBode圖繪制程序(M-dile)如下:OVREditor-<?\115已「5\)。卜11\。巳5"€^\OVREditor-<?\115已「5\)。卜11\。巳5"€^\新建文件夾\口門甘廿曰&01FileEditTextGoCellToolsDebugDeslctopWindowHelp1—clearallcloseallT=15;K0=3;tao=4;nuiTL=[KO];den=[Tj1];G=tf(nujn,derininputdelay-31ao)margin(G)MATLABR2008a比值控制系統(tǒng).doc執(zhí)行該程序得系統(tǒng)的Bode圖如圖所示，可見系統(tǒng)是穩(wěn)定的。幅值裕量為6.77dB，對應(yīng)增益為2.2。

BadeDiagramGm=6.77dB(at0-.431rad/sec),Pm=66,3deg(at0.189rad/s&c)BadeDiagramGm=6.77dB(at0-.431rad/sec),Pm=66,3deg(at0.189rad/s&c)(2)選擇從動量控制器形式及整定其參數(shù)。根據(jù)工程整定的論述，選擇PI形式的控制器，即。本處采用穩(wěn)定邊界法整定系統(tǒng)。先讓=0，調(diào)整使系統(tǒng)等幅振蕩(由穩(wěn)定性分析圖知在=2.2附近時系統(tǒng)震蕩)，即使系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)Simulink框圖如下所示：

調(diào)節(jié)P=0.3,I=0.02時，基本達(dá)到了振蕩臨界要求，其系統(tǒng)響應(yīng)圖如下所示:（3）系統(tǒng)過程仿真。單閉環(huán)比值控制過程相當(dāng)于從動量變化的隨動控制過程。假定主動量由一常值10加幅度為0.3的隨機(jī)擾動構(gòu)成，從動量受均值為0、方差為1的隨機(jī)干擾。主動量和從動量的比值根據(jù)工藝要求及測量儀表假定為3.系統(tǒng)的控制過程Simulink仿真框圖如圖所示。其中控制常量及隨機(jī)擾動采用封裝形式。

運行結(jié)果如下所示:除初始時間延時外，從動量較好地跟隨主動量變化而變化，并且基本維持比值3,有效地克服了主動量和從動量的擾動。（4）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)魯棒性分析要求分母中“15”變化10%，即積分時間為13.5?16.5,分析系統(tǒng)魯棒性。系統(tǒng)仿真框圖如圖a所示，圖b為延時選擇模塊Subsystem的展開圖，改變積分時間常數(shù)為13.5,14,14.5……16.5共11個值。經(jīng)過運行后在工作空間繪圖，即可見到圖c的仿真結(jié)果。FileEditViewSimulationFormatToolsHelpFileEditViewSimulationFormatToolsHelp□I□I點口管I甚電麝牛小6IQ口(300.0iNormal |里甯囤彥圜|R吧蜀?input1OirtlDelayOutlOOutllSubs^teml|100%ConstantSwitchTdWorkspaceode45input1OirtlDelayOutlOOutllSubs^teml|10