流量控制

简介

比较温度、压力，流量和液位这四种最常见的过程变量，流量或许是其中最容易控制的过程变量。然而，由于连续过程中物料的流动贯穿于整个生产过程，因此流量回路是最多的。通常，流量回路的操纵手段是阀门、变频驱动（VFD）或泵。

为什么流量会难控

流量回路本身是一个时滞小的一阶过程，所以相对来讲比较容易控制。然而，流量回路是过程控制系统的基础（例如，流量常作为串级控制系统的内回路），因此流量控制好坏就显得尤为重要。也就是说，PV跟踪SP的速度有多快，是否有超调，超调恢复有多快以及PV稳定在要求范围内所需的时间有多长，这些都是评价流量控制回路的品质指标。

流量控制回路执行机构通常都是非线性的。

1. 控制阀几乎都是非线性器件，其输入与输出之间的关系或是“凹”，或是“凸”，或是“S”型。甚至还有一些控制阀的动作极不正常，使流量控制问题变得更糟。

2. 变频驱动（VFD）能节省能源，但是其本身是一个非线性设备。

3. 由基于占空比的脉宽调制驱动的流量泵不必与流量成线性关系。

另外，不可避免的摩擦损伤会加重执行机构的非线性程度。因此，流量控制的挑战主要是如何控制好非线性过程，达到满意的控制效果。

MFA控制解决方案

非线性MFA控制器非常适用于流量控制，这是因为：

1. 它是一种通用型控制器，为非线性控制问题提供了有效的解决方案。
2. 无需建立过程模型，无需过程线性化。
3. 参数设置方便，具体参数如表1所示。
表1. 非线性MFA（流量）控制器

非线性MFA的参数	说明	默认值	高流速
Ts	采样时间（秒）	0.3秒	0.03秒
Kc	MFA控制器增益	1.0	1.0
Tc	过程时间常数（秒）	3秒	0.3秒
Linearity Factor	定义过程的线性程度（0 － 线性，10－极度非线性）	5	5
SP Range (%)	定义非线性控制作用范围（0% ～ 100%）	5	5

如下面的参数配置窗口所示，使用非线性MFA控制器时，无需关心非线性曲线特征的细节。曲线可以是凹的，凸的或“S”形状。只要简单地告诉控制器要控制的过程是极端非线性过程（“9”或“10”），还是非线性程度较高的过程（“5”或“6”），或是稍微有些非线性的过程（“1”或“2”）；非线性MFA控制器有足够的本领来处理余下的事。

各种仿真和应用实例表明了即使过程增益成百倍的增加，非线性MFA控制器也能在全量程范围内精确地控制过程对象。

总结

基于MFA控制算法的核心技术，已经开发出多种MFA控制器以解决特定的控制问题，包括适用于流量回路的控制器。非线性MFA控制器是市场上已有的简单有效用户友好的流量控制器，是下一代主流流量控制器最理想的候选控制器。