过程控制电子档第二章2.1过程建模

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1、过程控制第二章第二章过程建模和过程检测控制仪表本章提要过程建模常用测量仪表的工作原理及适用场合变送器的作用及其工作原理控制器的作用及其工作原理执行器的作用及其工作原理过程控制第二章第二章过程建模和过程检测控制仪表2.1过程建模2.2常见被控量的检测2.3变送器2.4调节器2.5执行器2.6其他常用的单元仪表2.1过程建模2.1.1概述2.1.2机理法建模2.1.3试验法建模过程控制第二章过程控制第二章在过程控制系统的分析和设计中，过程的数学模型是极其重要的基础资料。一个过程控制系统的优劣，主要取决于对生产工艺过程的了解和

2、建立过程的数学模型。2.1.1概述一.研究并建立数学模型的目的1.设计过程控制系统和整定调节器参数。前馈控制最优控制参数整定2.进行仿真试验研究。计算机计算分析节省成本加快进度3.指导生产工艺设备的设计。破坏性试验指导工艺设计4.培训运行操作人员。安全方便过程控制第二章二.数学模型的有关概念3.过程通道:输入量与输出量间的信号联系。2.数学模型:指过程在各输入量的作用下，其相应输出量变化的函数关系数学表达式。1.被控过程:正在运行的各种被控制的生产工艺设备，例如，各种加热炉、锅炉、贮罐、化学反应器等。控制器执行器被控过程

3、测量变送x(t)+-e(t)u(t)q(t)y(t)z(t)f1(t)…fn(t)4.扰动通道:扰动作用与被控量间的信号联系。5.控制通道：控制作用与被控量间的信号联系6.扰动:内扰动--调节器的输出量q(t)；对质量指标起决定作用外扰动--其余非控制的输入量；也有很大影响同一个系统，过程通道不同，其数学模型亦不一样过程控制第二章7.自衡过程和无自衡过程ox(t)ty(t)to(c)y(t)to(b)从阶跃响应曲线来看，大多数被控过程的特点是：不振荡、单调的、有滞后和惯性的。如右图所示：y(t)to(a)自衡过程：在扰动

4、作用下，平衡状态被破坏后，无需人员操作或者仪表的干预，依靠自身能力能够达到新的平衡的过程。（a）(b)无自衡过程：被控过程在扰动的作用下，其平衡状态被破坏后，若无人员操作或者仪表干预，依靠自身的能力不能重新恢复平衡的过程。（c）过程控制第二章Q0Q1自衡过程Q0Q1泵无自衡过程过程控制第二章过程的数学模型还有线性和非线性之分，本课程仅讨论线性（或者可以线性化）过程而且只有一个被控量的模型。三.过程数学模型的两种描述形式参量形式：即用数学方程来表示（方便，描述形式有：微分方程、传递函数、差分方程、脉冲响应函数、状态方程等）

5、。非参量形式：即用曲线或数据表格来表示（形象、直观，但对进行系统的设计和综合不方便）。过程控制第二章2.1.2机理法建模机理法：又称数学分析法或者理论建模法，根据过程的内在机理，通过静态与动态物料平衡和能量平衡等关系用数学推导的方法求取过程的数学模型。一、单容过程的建模单容过程：只有一个储蓄容量的过程。如下页图所示。二、多容过程的建模过程控制第二章（一）自衡单容过程的建模q1-----流入量，控制过程的输入变量q2-----流出量，中间变量h-----液位，控制过程的输出变量模型：求取输入量q1与液位h之间的数学表达式。

6、根据物料动态平衡关系，容易写出写成增量形式2.1.12.1.2式中△q1△q2△h分别为偏离某一平衡态q10q20h0的增量。q0q2自衡单容过程q1LA=C21h过程控制第二章设q2与h呈线性关系，则2.1.3R2为阀门2的阻力系数，称为液阻将式（2.1.3）代入（2.1.2），得2.1.4对（2.1.4）进行拉氏变换后得单容液位控制过程的传递函数为2.1.5K0为液位过程的放大系数，=R2T0为液位过程的时间常数，=R2CC为液位过程的容量系数，或过程容量2.1.2过程控制第二章2.1.62.1.7在过程控制中，常常

7、会遇到纯滞后的问题，比如物料传送带输送过程，管道输送过程等。若以q0为输入量，则阀门1开度变化后，q0需经长度为L的管道后才能进入贮水箱影响水位的变化，设q0流经长度为L的管道所需的时间为τ0，τ0为纯滞后时间，具有纯滞后过程的微分方程表达式为：y(t)to(a)无延时ox(t)t自衡单容过程的阶跃响应曲线y(t)to(b)有延时τ0τ0过程控制第二章（二）无自衡单容过程的建模模型：求取输入量q1与液位h之间的数学表达式。同理，容易写出由于△q2=0，因此有2.1.8拉氏变换后得无自衡单容过程q1A=C1hq2定量泵2.

8、1.92.1.10Ta为过程的积分时间常数，=C过程控制第二章ox(t)ty(t)to无自衡单容过程的阶跃响应曲线过程具有纯滞后τ0时，其传递函数为2.1.11过程控制第二章二、多容过程的建模多容过程：由多个容积和阻力件构成的被控过程（一）自衡双容过程的建模q2自衡双容过程q1C121h1h23C2q3被控量：下水箱