1. 连续生产物料平衡与流量配比控制
场景与平衡关系
连续生产线中，两股原料 F₁、F₂ 汇合后经混合罐输出总流量 Fout，再按比例分流为产品支路 FP 与回流支路 FR。稳态下必须满足：
- 汇合节点：F₁ + F₂ = Fout
- 分流节点：Fout = FP + FR
- 配比约束：F₁ : F₂ = r : (1−r)，r 为目标配比系数
控制目标：在 F₁ 波动或 FP 需求变化时，通过调节 F₂ 与回流阀，使总流量与配比同时回到设定值。
配比控制回路设计
采用前馈-反馈复合结构：以 F₁ 为主前馈信号，直接计算 F₂ 设定值；同时以混合罐出口总流量 Fout 为反馈量，修正回流阀开度。设目标配比 r = 0.6（F₁ 占 60%），则 F₂ 设定值为：
F2_set = F1_meas × (1 - r) / r = F1_meas × 0.6667回流阀设定值由总流量与产品需求差额决定：
FR_set = F_out_set - F_P_meas其中 Fout_set 由生产计划给定，FP_meas 为产品支路实测流量。
稳态与扰动验证
取教学示例参数：F₁ = 100 L/min，F₂ = 66.7 L/min，Fout = 166.7 L/min，FP = 120 L/min，FR = 46.7 L/min。此时配比 F₁/F₂ = 1.5，符合 r = 0.6 要求。
| 工况 | F₁ (L/min) | F₂ 设定 (L/min) | F_out (L/min) | F_R 设定 (L/min) | 配比偏差 |
|---|---|---|---|---|---|
| 稳态 | 100.0 | 66.7 | 166.7 | 46.7 | 0% |
| F₁ 阶跃 +10% | 110.0 | 73.3 | 183.3 | 63.3 | <1% |
| F_P 需求 +20% | 100.0 | 66.7 | 166.7 | 22.7 | 0% |
验证要点：扰动发生后，F₂ 应在 3~5 个控制周期内跟踪新设定值；FR 同步调整以维持 Fout 稳定。若配比偏差持续大于 2%，需检查前馈增益或阀门线性度。
调试时先手动将 F₂ 置于计算值，确认稳态配比正确后再投入自动。回流阀的响应速度应略快于 F₂ 阀，避免总流量出现反向波动。