课程名称 过程控制工程 讲新课 课 型 (比值控制系统的概闲 和类型) 教师姓名 授课学时 1学时(50分钟) 比值控制系统的概述 教学内容 比值控制系统的类型（开环比值、单闭环比值和双闭环 比值) 通过本节内容的学习，使学生了解比值控制系统的概念、熟 教学目的 悉比值控制系统的几种类型。 教学重点 比值控制系统的几种类型的掌握 难点：比值控制系统的类型 教学难点 策略： 及相应的 通过方块图和原理图的比较和分析，区分比值控制系统的几科 类型。 教学策略 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 教学方法 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
课程名称 过程控制工程 课 型 讲新课 （比值控制系统的概述 和类型） 教师姓名 授课学时 1 学时（50 分钟） 教学内容 比值控制系统的概述 比值控制系统的类型（开环比值、单闭环比值和双闭环 比值） 教学目的 通过本节内容的学习，使学生了解比值控制系统的概念、熟 悉比值控制系统的几种类型。 教学重点 比值控制系统的几种类型的掌握 教学难点 及相应的 教学策略 难点：比值控制系统的类型 策略： 通过方块图和原理图的比较和分析，区分比值控制系统的几种 类型。 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
回 教学过程 教学方法、 手段 3.1概述 工业过程中，经常需要控制两种或两种以上的物料保持一定的比例关系 如：造纸过程中，纸浆和水要成一定的比例关系 石化重油气化，重油和氧气量要成一定的比例关系 锅炉燃烧，煤气和空气成一定的比例关系，等等 探究式 比值控制系统： 讲授法 实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统 流量比值较多，流量比值控制系统 主物料/主流量： 可测或可控，处于比值控制中的主导地位F1 从物料/从流量 分 可控，一般供应有余，按主物料进行配比2 多媒体 演示法 K-F F 比值控制系统，要求副流量F2与主流量FI成一定的比值关系，K为流量比值 当K为常数时，为定比值控制系统： 当K不为常数时，为变比值控制系统
- 1 - 时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 概 述 8 分 钟 3.1 概述 工业过程中，经常需要控制两种或两种以上的物料保持一定的比例关系 如：造纸过程中，纸浆和水要成一定的比例关系 石化重油气化，重油和氧气量要成一定的比例关系 锅炉燃烧，煤气和空气成一定的比例关系，等等 比值控制系统： 实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统 流量比值较多，流量比值控制系统 主物料/主流量： 可测或可控，处于比值控制中的主导地位 F1 从物料/从流量： 可控，一般供应有余，按主物料进行配比 F2 比值控制系统，要求副流量 F2 与主流量 F1 成一定的比值关系，K 为流量比值 当 K 为常数时，为定比值控制系统； 当 K 不为常数时，为变比值控制系统。 探究式 讲授法 多媒体 演示法 1 2 F F K =
3.2比值控制系统的类型 开环 按结构分类：开环和闭环比值控制系统 按实施方案分类：相乘和相除方案 按比值分类：定比值和变比值控制方案 按控制原理：属于前馈控制系统 系统 3.2.1开环比值控制系统 (a)原理图 多媒体 演示法 F2 6)方块图 控制器一控制阀一对象一2 测量变送 一F1 本质：整个控制系统处于开环状态，2流量根据1流量，按比例系数开闭阀门 优点：简单，仪表少 缺点：系统开环，2波动时比值难以保证 场合：这种方案应用较少
- 2 - 开 环 比 值 控 制 系 统 12 分 钟 3.2 比值控制系统的类型 按结构分类： 开环和闭环比值控制系统 按实施方案分类： 相乘和相除方案 按比值分类： 定比值和变比值控制方案 按控制原理： 属于前馈控制系统 3.2.1 开环比值控制系统 (a)原理图 FC F1 F2 (b)方块图 控制器 控制阀 对象 F2 测量变送 F1 控制器 控制阀 对象 F2 测量变送 F1 本质：整个控制系统处于开环状态，F2 流量根据 F1 流量，按比例系数开闭阀门 优点：简单，仪表少 缺点：系统开环，F2 波动时比值难以保证 场合：这种方案应用较少 探究式 讲授法 多媒体 演示法 板书、 互动法
3.2.2单闭环比值控制系统 在开环比值控制系统的基础上，增加了一个副流量的闭环控制系统 FI K 主 从 FC 单闭环比值 探究式 讲授法 值控制系 控制一控制一对象☐一2 测量变送 测量变送} 多媒 从方块图上看，与串级控制系统的结构相似，贝是主参数没有闭环，2不影响 演示法 F1。刷流量系统闭环，稳定副流量，定值控制。 例子：丁烯洗涤塔进料与洗涤水的比值控制系统 自问自 答形式 钟 优点：1)能克服F2的波刻 2)结构简单，特别是在主流量参数工艺不能控制的场合实施。 3)控制品质提高较多 缺点：1)F1不固定 2)F1+F2总量不 3)动态比值较差 场合：应用较广泛，几种物料直接进反应器受到限制
- 3 - 单 闭 环 比 值 控 制 系 统 15 分 钟 3.2.2 单闭环比值控制系统 在开环比值控制系统的基础上，增加了一个副流量的闭环控制系统 K F1 F2 FC FT 主 FY FC 从 单闭环比值 K F1 F2 FC FT 主 FY FC 从 单闭环比值 FT 主 FY FC 从 单闭环比值 控制器 控制阀 对象 F2 测量变送 F1 K 测量变送 控制器 控制阀 对象 F2 测量变送 F1 K 测量变送 从方块图上看，与串级控制系统的结构相似，只是主参数没有闭环，F2 不影响 F1。副流量系统闭环，稳定副流量，定值控制。 例子：丁烯洗涤塔进料与洗涤水的比值控制系统 洗涤水 丁烯 K FC 优点：1）能克服 F2 的波动 2）结构简单，特别是在主流量参数工艺不能控制的场合实施。 3）控制品质提高较多 缺点：1）F1 不固定 2）F1+F2 总量不定 3）动态比值较差 场合：应用较广泛，几种物料直接进反应器受到限制 探究式 讲授法 多媒体 演示法 自问自 答形式
3.2.3双闭环比值控制系统 启发式 课堂讨论 cml☐ 值控 G☐Gw2☐G2☐ 系 c2☐ 例子 互动法 二氧化碳 氧气 反应器 13 优点：不仅比值可维持一定，而且总量也可维持 一定 分钟 于主流量控制回路的存在，实现了主流量定值控制，克服了对主流量的 干扰的影响（例如：主动量供应不足或有较大扰动）： 提升主负荷比较容易，缓慢改变主控制器的给定值。 缺点：使用的仪表较多： 若主刷回路工作频率相近时，容易产生共振 场合：F1波动大的场合：F1+F2总量要求一定的场合 小结 上总结本次课所讲的主要内容。 2.布置课后练习及下节课预习任务。 探究式 课后练习， 讲授法 预习： .4
- 4 - 双 闭 环 比 值 控 制 系 统 13 分 钟 3.2.3 双闭环比值控制系统 Gc1 Gv1 Gp1 F1 F2 K Gm1 GC2 Gv2 Gp2 Gm2 Gc1 Gv1 Gp1 F1 F2 K Gm1 GC2 Gv2 Gp2 Gm2 例子： F1C F2C K 二氧化碳 氧气 反应器 混合 F1C F2C K 二氧化碳 氧气 反应器 混合 优点：不仅比值可维持一定，而且总量也可维持一定； 由于主流量控制回路的存在，实现了主流量定值控制，克服了对主流量的 干扰的影响(例如：主动量供应不足或有较大扰动)； 提升主负荷比较容易，缓慢改变主控制器的给定值。 缺点：使用的仪表较多； 若主副回路工作频率相近时，容易产生共振。 场合：F1 波动大的场合；F1+F2 总量要求一定的场合 启发式 课堂讨论 互动法 小结 2 分 钟 1.总结本次课所讲的主要内容。 2.布置课后练习及下节课预习任务。 课后练习： 预习： 探究式 讲授法
课程名称 过程控制工程 讲新课 (其它类型的比值控 制、比值系数的计算) 教师姓名 授课学时 1学时(50分钟) 其它类型的比值控制（串级和比值控制系统、变比值控制系统） 教学内容 比值系数的计算 比值控制系统中非线性环节的影响 通过本节内容的学习，使学生熟悉比值控制系统中的变比值 教学目的 和串级比值控制系统，会计算比值系数，了解非线性环节对比值 控制系统的影响。 变比值控制系统 教学重点 串级和比值控制系统 比值系数的计算 难点：比值系数的计算 教学难点 策略： 及相应的 通过输出信号与流量所成的线性与非线性关系的比较，熟记比 值系数的求法 教学策略 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
- 5 - 课程名称 过程控制工程 课 型 讲新课 （其它类型的比值控 制、比值系数的计算） 教师姓名 授课学时 1 学时（50 分钟） 教学内容 其它类型的比值控制（串级和比值控制系统、变比值控制系统） 比值系数的计算 比值控制系统中非线性环节的影响 教学目的 通过本节内容的学习，使学生熟悉比值控制系统中的变比值 和串级比值控制系统，会计算比值系数，了解非线性环节对比值 控制系统的影响。 教学重点 变比值控制系统 串级和比值控制系统 比值系数的计算 教学难点 及相应的 教学策略 难点：比值系数的计算 策略： 通过输出信号与流量所成的线性与非线性关系的比较，熟记比 值系数的求法。 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
帽 教学过程 教学方法、 手段 3.2.4其他类型的比值控制系统 (1)变比值控制系统 定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响，当其它参数存在对比值系 数的扰动时，必须时时修正比值系数，变比值控制。 (XC 探究式 讲授法 ÷ 值控制 变比值 这实际上是一个以某种指标X为主参数，两物料比值为副参数的串级控制 统 系统—一串级比值控制系统、自整配比控制系统。 ÷ F2 一主控制器比值控制一控制一流对家 多媒体 主对 X 演示法 测量变送 除法器 测量变送 测变送
- 6 - 时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 变 比 值 控 制 系 统 10 分 3.2.4 其他类型的比值控制系统 （1）变比值控制系统 定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响，当其它参数存在对比值系 数的扰动时，必须时时修正比值系数，变比值控制。 XC F1 F2 ÷ Ff C FC FC FY TC 变比值 XC F1 F2 ÷ Ff C XC F1 F2 ÷ Ff C XC F1 F2 ÷ Ff C FC FC FY TC 变比值 这实际上是一个以某种指标 X 为主参数，两物料比值为副参数的串级控制 系统——串级比值控制系统、自整配比控制系统。 XC F1 F2 ÷ Ff C XC F1 F2 ÷ Ff C XC F1 F2 ÷ Ff C 主控制器 比值控制器 控制阀 流量对象 主对象 测量变送 测量变送 测量变送 除法器 F1 X F2 主控制器 比值控制器 控制阀 流量对象 主对象 测量变送 测量变送 测量变送 除法器 F1 X F2 探究式 讲授法 多媒体 演示法
例子：氧化炉 比值控制系统 氨气 氧化炉 预热 板书、 互动法 空气 混 串级 比值不是目的，是一种手段，以保证产品的质量 定比值失败的原因 (1)工艺条件P、T等造成仪表的测量误差，即测最中的问题： (2)触媒等老化，即操作条件变化。 值控 所以采用变比值控先制。 (2)串级和比值控制组合的系统 制系统 动态比值控制 K K 分钟 F.C F.C F2 (a) (b) 要维持液位一定 必须维持总流量一定，当液位L因为干扰，例如P等改变 而变化时必需调整总流量，此时总流量不恒定，可采用串级和比值组合的系统
- 7 - 变 比 值 控 制 系 统 串 级 和 比 值 控 制 系 统 12 分 钟 例子：氧化炉 Ff C TC ÷ 空气 氧化炉 预热 氨气混合 Ff C TC ÷ 空气 氧化炉 预热 氨气混合 比值不是目的，是一种手段，以保证产品的质量。 定比值失败的原因： （1）工艺条件 P、T 等造成仪表的测量误差，即测量中的问题； （2）触媒等老化，即操作条件变化。 所以采用变比值控制。 （2）串级和比值控制组合的系统 动态比值控制 F1 F2 K F1C F2C LC (a) F1 F2 K F1C F2C LC (b) F1 F2 K F1C F2C LC (a) F1 F2 K F1C F2C LC (b) 要维持液位一定，必须维持总流量一定，当液位 L 因为干扰，例如 P 等改变 而变化时必需调整总流量，此时总流量不恒定，可采用串级和比值组合的系统。 探究式 讲授法 多媒体 演示法 板书、 互动法
3.3比系数的计算 33.1流量与测最信号成线性关系时的计敏 工艺上， 比值K是指两个物料的流量之比，而比值控制系统的K'一般是仪 表的信号之间的比值，电动仪表4-20mA/0~10mA,气动仪表是20-100KPa,信号 转换问题。 (1)DDZ-Ⅲ型仪表 0-Fmax 4-20mA DC ,=x16+4 Dk主 2 +F2 单闭环比值 比 比值系数K'是仪表信号之比 -×16+4-4 数的 K'=-4 1-4 x16+4-4Fm F1max是主流量变送器量程上限 F2max是刷流量变送器量程上限 (2)气动单元组合仪表 0-Fmax 20-100KPa 分 PE= -×80+20 K'=B-20 ×80+20-20 p-20F ×80+20-20 结论： 对于不同信号范围的仪表， 比值系数的计算公式是一样 -8-
- 8 - 比 值 系 数 的 计 算 18 分 钟 3.3 比值系数的计算 3.3.1 流量与测量信号成线性关系时的计算 工艺上，比值 K 是指两个物料的流量之比，而比值控制系统的 K’一般是仪 表的信号之间的比值，电动仪表 4~20mA/0 ~10mA,气动仪表是 20~100KPa，信号 转换问题。 （1）DDZ-Ⅲ型仪表 0~Fmax 4~20mA DC 16 4 max = × + F F I F F1 FT FY FC FT 主 F2 从 I2 I1 单闭环比值 Ik I2’ F1 FT FY FC FT 主 F2 从 I2 I1 单闭环比值 Ik I2’ 比值系数 K’是仪表信号之比 2max 1max 2max 1max 1 2 1max 1 2max 2 1 2 16 4 4 16 4 4 4 4 F F K F F F F F F F F I I K = • = × + − × + − = − − ′ = F1max 是主流量变送器量程上限 F2max 是副流量变送器量程上限 （2）气动单元组合仪表 0~Fmax 20~100 KPa 80 20 max = × + F F pF 2max 1max 2max 1max 1 2 1max 1 2max 2 1 2 80 20 20 80 20 20 20 20 F F K F F F F F F F F p p K = • = × + − × + − = − − ′ = 结论： 对于不同信号范围的仪表，比值系数的计算公式是一样 探究式 讲授法 多媒体 演示法 自问自 答形式
3,3,2流量与测量信号成非线性关系时的计算 差压变送器测量流量，流量与差压成开方的关系 F=kAp 启发式 DDZ型仪表： QDZ仪表： 课堂讨论 *16*4 2 I= 系数 p×0+20 互动法 比值系数的计算： 几点结论： (1)流量比值K与比值系数K'是两个不同的概念，不能混淆： (2)比值系数K与K有关，同时也和流量变送器的量程有关，与负荷大小无关： (3)注意变送器的流量与测量的线性关系。 3.43比值控制系统中非线性环节的影响 非线 测量环节的非线性 性环 流量测量时采用差压变送器时，流最与差压为开方关系： 启发式 节的 对于0-10mA 课堂 影响 10 讨论法 *26 K= K正比于静态工作点流量FO FO变化，K变化，影响动态质量 解决办法：加入开方器，或通过阀特性补偿 小结 1总结本次课所讲的主要内容 2.布量课后练习及下节课预习任务。 探究式 课后练习：课本P823.9 讲授法 钟 预习：
- 9 - 比 值 系 数 的 计 算 3.3.2 流量与测量信号成非线性关系时的计算 差压变送器测量流量，流量与差压成开方的关系 F = k Δp DDZⅢ型仪表： QDZ 仪表： 16 4 2 max 2 = × + F F I 80 20 2 max 2 = × + F F p 比值系数的计算： 2 2 max 2 1max 2 2 max 2 1max 2 1 2 2 ( ) F F K F F F F K ′ = • = 几点结论： （1）流量比值 K 与比值系数 K’是两个不同的概念，不能混淆； （2）比值系数 K’与 K 有关，同时也和流量变送器的量程有关，与负荷大小无关； （3）注意变送器的流量与测量的线性关系。 启发式 课堂讨论 互动法 非线 性环 节的 影响 8 分 钟 3.4.3 比值控制系统中非线性环节的影响 测量环节的非线性 流量测量时采用差压变送器时，流量与差压为开方关系： 对于 0~10mA ( ) 10 2 max = × F F I 2 0 max 2 10 F F K = × K 正比于静态工作点流量 F0 F0 变化，K 变化，影响动态质量 解决办法：加入开方器，或通过阀特性补偿 启发式 课堂 讨论法 小结 2 分 钟 1.总结本次课所讲的主要内容。 2.布置课后练习及下节课预习任务。 课后练习： 课本 P82 3.9 预习： 探究式 讲授法