第四章过程特性与数学模型ppt课件.ppt

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1、第四章过程特性与数学模型过程特性过程特性定义：指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。被控过程常见种类：换热器、锅炉、精馏塔、化学反应器、贮液槽罐、加热炉等被控变量（输出量）扰动变量（输入量）操纵变量（输入量）通道被控过程的输入量与输出量之间的信号联系控制通道-----操纵变量至被控变量的信号联系扰动通道-----扰动变量至被控变量的信号联系过程特性的类型1.自衡的非振荡过程2.无自衡的非振荡过程3.有自衡的振荡过程4.具有反向特性的过程多数工业过程的特性可分为下列四种类型：（过程特性通常在阶跃信号的作用下的表现）1.自衡的非振荡过程在阶跃信号的作用下，被控

2、变量C(t)不经振荡，逐渐向新的稳态值C(∞)靠拢。过程特性的类型C(t)tC(∞)自衡的非振荡过程过程特性的类型如图所示的通过阀门阻力排液的液位系统例如hQ1Q2tthQ1液位系统液位变化曲线过程特性的类型2.无自衡的非振荡过程在阶跃信号的作用下，被控变量C(t)会一直上升或下降，直到极限值。C(t)t无自衡的非振荡过程过程特性的类型3.有自衡的振荡过程在阶跃信号的作用下，被控变量C(t)会上下振荡，且振荡的幅值逐渐减小，最终能趋近新的稳态值。有自衡的振荡过程的响应曲线如图所示。在控制过程中，这类过程不多见，它们的控制也比第一类过程困难一些。C(t)t有自衡的振荡过

3、程过程特性的类型4.具有反向特性的过程在阶跃信号的作用下，被控变量C(t)先升后降或先降后升，即阶跃响应在初始情况与最终情况方向相反。C(t)t具有反向特性的过程汽包给水蒸汽加热室描述过程特性的参数1.放大系数K：冷物料热物料蒸汽QΔQΔWWtt数学表达式a蒸汽加热器系统b温度响应曲线静态特性参数描述过程特性的参数⑵放大系数K对系统的影响放大系数越大，操纵变量的变化对被控变量的影响就越大，控制作用对扰动的补偿能力强，有利于克服扰动的影响，余差就越小；反之，放大系数小，控制作用的影响不显著，被控变量变化缓慢。但放大系数过大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统稳定性

4、下降。控制通道当扰动频繁出现且幅度较大时，放大系数大，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；而放大系数小，即使扰动较大，对被控变量仍然不会产生多大影响。扰动通道描述过程特性的参数2.时间常数T以图直接蒸汽加热器为例，假设蒸汽流量作阶跃变化，阶跃幅值为ΔQ，热物料出口温度W(t)随蒸汽流量变化的曲线可用方程式表示时间常数是动态参数，用来表征被控变量的快慢程度。TW0.632W(∞)W(∞)t0式中：T为时间常数。时间常数定义：在阶跃输入作用下，被控变量达到新的稳态值的63.2%时所需要的时间。描述过程特性的参数令t=T，则上式变为：TW0.632W(∞)W(∞)t0

5、描述过程特性的参数将上式对时间求导，可得：由上式可以看出，被控变量的变化速度随时间的增长而逐渐变慢。在t=0时有：时间常数：当过程受到阶跃输入作用后，被控变量保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间。温度变化的初始速度TW0.632W(∞)W(∞)t0理论上讲，只有当时间t→∞时，被控变量才能达到稳态值。然而，由于被控变量变化的速度越来越慢，达到稳态值需要比T长得多。但是，当t=3T时，上式变为：在加入输入作用后，经过3T时间，温度已经变化了全部变化范围的95%。这时，可以近似的认为动态过程已基本结束。所以，时间常数T是表示在输入作用下，被控变量完成其变化过程所需

6、要时间的一个重要参数。描述过程特性的参数考察描述过程特性的参数⑵时间常数T对系统的影响控制通道，对于扰动通道，时间常数大，扰动作用比较平缓，被控变量的变化比较平稳，过程较易控制。控制通道在相同的控制作用下，时间常数大，被控变量的变化比较缓慢，此时过程比较平稳，容易进行控制，但过渡过程时间较长；若时间常数小，则被控变量的变化速度快，控制过程比较灵敏，不易控制。时间常数太大或太小，对控制上都不利。扰动通道描述过程特性的参数比较下面曲线时间常数Wt0Wt0Wt0abc描述过程特性的参数3.滞后时间τ又称为传递滞后。纯滞后的产生一般是由于介质的输送、能量传递和信号传输需要一段

7、时间而引起的。⑴纯滞后τ0：皮带输送装置例浓度监测点溶解槽vL纯滞后τ0和容量滞后τn。XYtt溶解槽过程的响应曲线τ0输送机将固体溶质由加料斗送至溶解槽所经过的时间，称为纯滞后时间。描述过程特性的参数检测元件安装位置不合理，也是产生纯滞后的重要因素。如检测点设得较远，信号传递将会引起较大的传递滞后，造成控制系统控制不及时。LF1F2预处理分析仪表X例导管输送环节、带有预处理的成分测量仪表描述过程特性的参数⑵容量滞后τn容量滞后的产生一般是物料或能量传递需要通过一定的阻力而引起的。它是多容过程所固有的特性。τnAh1Q1Q12h2Q2A1A2ⅠⅡoX