過程動態(tài)特性與建模

過程動態(tài)特性與建模第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日內(nèi)容回顧控制系統(tǒng)的設(shè)計目的單回路控制系統(tǒng)的組成、方塊圖描述法以及廣義對象的物理意義第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日了解典型工業(yè)過程的動態(tài)特性類型；掌握簡單被控過程的機理建模方法；掌握“廣義對象”概念及其動態(tài)特性的典型測試方法（工程建模）。

重點：本章基本要求第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日單回路控制系統(tǒng)組成第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”的概念第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”的特點特點：（1）使控制系統(tǒng)的設(shè)計與分析簡化；（2）廣義對象的輸入輸出通?？蓽y量， 以便于測試其動態(tài)特性；（3）只關(guān)心某些特定的輸入輸出變量。第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”的數(shù)學(xué)模型控制通道的傳遞函數(shù)擾動通道的傳遞函數(shù)第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日控制通道的增益對控制品質(zhì)的影響1.Ko增加時，余差減小，最大偏差減小，控制作用增強。2.Ko增加時，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。3.Ko是穩(wěn)態(tài)特性，應(yīng)在不同負荷、不同工作點保持恒定。4.控制系統(tǒng)穩(wěn)定的前提是KoKc的乘積保持恒定。5.選擇操縱變量時，應(yīng)使Ko大、穩(wěn)。第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日擾動通道的增益對控制品質(zhì)的影響1.Kf常與干擾幅值F的乘積一起考慮。2.KfF的值大，則干擾對控制系統(tǒng)的影響也大。3.可通過增加前饋控制來減小或消除擾動的影響。第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日控制通道的時間常數(shù)對控制品質(zhì)的影響1.常采用與時間常數(shù)之比來判別。2.當(dāng) 比值固定,影響系統(tǒng)響應(yīng)的快慢。第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日擾動通道的時間常數(shù)對控制品質(zhì)的影響1.大，則擾動對輸出的影響慢，有利于克服擾動的影響。第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日控制通道時滯的影響當(dāng)檢測變送環(huán)節(jié)存在時滯時，被控變量的變化不能及時傳送到控制器；當(dāng)被控對象存在時滯時，控制作用不能及時使被控變量變化；當(dāng)執(zhí)行器存在時滯時，控制器的信號不能及時引起操縱變量的變化。因此，開環(huán)傳遞函數(shù)存在時滯，使控制不及時，超調(diào)增大，并引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日用τo/To反映時滯的相對影響。通常，τo/To≤0.3時，系統(tǒng)尚可用簡單控制系統(tǒng)進行控制，當(dāng)τo/To>0.5時，應(yīng)采用其他控制方案對該類過程進行控制。因此，在設(shè)計和應(yīng)用時應(yīng)盡量減小時滯，有時可增大時間常數(shù)以減小τo/To?？刂仆ǖ罆r滯的影響第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日時滯τf的存在不影響系統(tǒng)閉環(huán)極點的分布，因此，不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。它僅表示擾動進入系統(tǒng)的時間先后，即不影響控制系統(tǒng)控制品質(zhì)。擾動通道時滯的影響第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日深入了解工藝過程，選擇能夠反映工藝過程的被控變量；盡量選用易于測量且關(guān)系簡單的直接質(zhì)量指標作為被控變量；

被控變量的選擇原則第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日選擇對被控變量影響較大的操縱變量，即Ko盡量大；選擇對被控變量有較快響應(yīng)的操縱變量，即過程的τo/To應(yīng)盡量?。贿^程的To/Tf

應(yīng)盡量?。皇惯^程的KfF盡量?。还に嚨暮侠硇耘c動態(tài)響應(yīng)的快速性應(yīng)有機結(jié)合。操縱變量的選擇原則第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日被控對象動態(tài)建模方法

-----機理建模原理：根據(jù)過程的工藝機理，寫出各種有關(guān)的平衡方程，如物料平衡、能量平衡等，以及反映流體流動、傳熱、傳質(zhì)等基本規(guī)律的運動方程，由此獲得被控對象的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。特點：概念明確、適用范圍寬，要求對該過程機理明確。第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日原理：對過程的輸入（包括控制變量與擾動變量）施加一定形式的激勵信號，如階躍、脈沖信號等，同時記錄相關(guān)的輸入輸出數(shù)據(jù)，再對這些數(shù)據(jù)進行處理，由此獲得對象的動態(tài)模型。特點：無需深入了解過程機理，但適用范圍小，模型準確性有限。被控對象動態(tài)建模方法

-----測試建模（工程建模）第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日對象機理建模舉例1 —有自衡過程物料平衡方程：流體運動方程：第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日對象機理建模舉例2—多容對象

物料平衡方程：流體運動方程：第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日機理建模舉例3—非自衡過程物料平衡方程：第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”的測試建模第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”動態(tài)特性的階躍響應(yīng)測試法典型自衡工業(yè)對象的階躍響應(yīng)

對象的近似模型：增益為：[ymin,ymax]為CV的測量范圍；[umin,umax]為MV的變化范圍，對于閥位開度通常用0~100%表示。第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”動態(tài)特性的

矩形脈沖響應(yīng)測試法第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日過程控制廣義對象動態(tài)特性分類自衡過程（Self-RegulatingProcesses）

(1)無振蕩的自衡過程

(2)有振蕩的自衡過程非自衡過程（Non-Self-RegulatingProcesses）

(1)無振蕩的非自衡過程

(2)有振蕩的非自衡過程

(3)具有反向特性的非自衡過程第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日無振蕩自衡過程模型第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日無振蕩非自衡過程模型第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日具有反向特性的非自衡過程模型第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日工業(yè)過程控制對象的特點除液位對象外的大多數(shù)被控對象本身是穩(wěn)定自衡對象；對象動態(tài)特性存在不同程度的純遲延；對象的階躍響應(yīng)通常為單調(diào)曲線，除流量對象外的被調(diào)量的變化相對緩慢；被控對象往往具有非線性、不確定性與時變等特性。第二十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日本章小結(jié)1、工業(yè)過程的動態(tài)特性類型：自衡過程 (1)無振蕩的自衡過程

(2)有振蕩的自衡過程非自衡過程 (1)無振蕩的非自衡過程

(2)有