开环比值控制系统以生产中的主要物料或不可控物料为主流量，通过改变可控物料流量的办法实现它们的比值关系。其方框图如下所示：
×＋-控制器控制阀流量对象Q2测量变送Q1
图 2 典型的开环比值控制系统框图
由于该系统的副流量Q2无反馈校正，因此其对自身流量无抗干扰能力。因此，只有当副流量较平稳且流量比值要求不高的场合才可使用。
单闭环比值控制系统为了克服开环比值控制系统的弱点，在副流量对象引入了一个闭合回路，其典型的框图如下所示：
比值控制器＋×－控制器控制阀流量对象Q2测量变送测量变送 图 3 典型的单闭环比值控制系统框图
Q1这类比值控制系统的优点是两种物料流量的比值较为精确，实施也比较方便，但是其对主流量Q1的变化无法控制。
双闭环比值控制系统既能实现两流量的比值恒定，又能使进入系统的总负荷平稳，其对主流量也进行了反馈控制，它的典型组成框图如下所示：
＋×－控制器控制阀流量对象Q1测量变送比值控制器＋×－测量变送控制器控制阀流量对象Q2
图 4 典型的双闭环比值控制系统框图
这类比值控制系统的优点是在主流量受干扰作用开始到重新稳定在设定值这段时间内发挥作用，比较安全，但系统成本提高。
上述三类比值控制系统的一个共同特点是它们都以保持两物料流量比值一定为目的，比值计算器的参数经计算设置好后不再变动。
B、变比值控制系统
定比值控制的各种方案只考虑如何实现流量间的比值关系，而实际生产中，随着工况的变化，为保证产品质量需调节流量的比例关系，因此产生了变比值控制系统。
变比值控制系统是按某一工艺指标自动修正流量比值，其框图如下所示：
Q2×＋－控制器＋－开方器除法器Q1开方器测量变送图 5 典型的变比值控制系统框图
×比值控制器控制阀流量对象主对象g测量变送测量变送
这样系统可以根据工艺指标g自动调节流量比值。
3.3串级控制系统的组成及原理
两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。一个控制器的输出用来改变另一个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称为“串级”控制器。两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器具有自己独立的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。本实验系统的双容水箱串级控制系统如下图所示：
干扰干扰设定r1＋×-e1PID控制器1r2＋-ym1×e2PID控制器2上水箱y2下水箱y1ym2测量电路2测量电路1 图6 本实验系统的双容水箱串级控制系统框图
串级控制器术语说明：
主变量：y1称主变量。使它保持平稳使控制的主要目的。 副变量：y2称副变量。它是被控制过程中引出的中间变量。
副对象：上水箱。 主对象：下水箱。
主控制器：PID控制器1，它接受的是主变量的偏差e1，其输出是去改变副控制器的设定值。
副控制器：PID控制器2，它接受的是副变量的偏差e2，其输出去控制阀门。 副回路：处于串级控制系统内部的，由PID控制器2和上水箱组成的回路。 主回路：若将副回路看成一个以主控制器输出r2为输入，以副变量y2为输出的等效环节，则串级系统转化为一个单回路，即主回路。
串级控制系统从总体上看，仍然是一个定值控制系统，因此，主变量在干扰作用下的过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。但是串级控制系统和单回路系统相比，在结构上从对象中引入一个中间变量（副变量）构成了一个回路，因此具有一系列的特点。串级控制系统的主要优点有：
1、副回路的干扰抑制作用
发生在副回路的干扰，在影响主回路之前即可由副控制器加以校正。 2、主回路响应速度的改善
副回路的存在，使副对象的相位滞后对控制系统的影响减小，从而改善了主回路的相应速度。
3、鲁棒性的增强
串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性。 4、副回路控制的作用
副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流实施精确的控制。 由此可见，串级控制是改善调节过程极为有效的方法，因此得到了广泛的应用。
3.4前馈反馈控制原理
前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按信号产生合适的作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。典型的前馈控制系统如下图所示：
前馈控制器干扰通道＋×y调节器对象通道－
图 7 典型的前馈控制系统框图
前馈控制是根据被控变量不变性原理设计的，有动态不变性、静态不变性和绝对不变性等原理。它要对被控过程有充分了解，以得到前馈控制器的数学模型，
过程控制系统综合设计报告
