过程控制系统建模方法ppt课件.ppt

《过程控制系统建模方法ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章过程控制系统建模方法2.1过程控制系统建模的概念、目的和方法一、基本概念1、数学模型定义被控过程的数学模型（动态特性），是指过程在各输入量（包括控制量与扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。3、数学模型分类非参数模型，例如阶跃响应曲线、脉冲响应曲线和频率特性曲线，是用曲线表示的；参数模型，例如微分方程、传递函数、脉冲响应函数、状态方程和差分方程等，是用数学方程式表示的。2、干扰内干扰：调节器的输出量u(t)外干扰：其余非控制的输入量4、过程通道被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道控制作用与被控量之间的信号联系

2、称为控制通道扰动作用与被控量之间的信号联系称为扰动通道5、自衡过程与无自衡过程过程在输入量作用下，其平衡状态被破坏后，无须人和仪器的干预，依靠过程自身能力，逐渐恢复达到另一新的平衡状态，这种特性称为自平衡能力；被控过程在输入量作用下，其平衡状态被破坏后，没有人和仪器干预，依靠自身能力，不能恢复其平衡状态，这种特性称为无自平衡能力。二、建模的目的设计过程控制系统和整定调节器参数指导设计生产工艺设备进行仿真试验研究培训运行操纵人员机理分析方法建模白箱模型三、建模的基本方法也称数学分析法建模和理论建模根据过程的内部机理（运动规律），运用一些已知的定律、原理，

3、如：物料平衡方程，能量平衡方程、传热传质原理等，建立过程的数学模型。试验建模方法建立输入输出模型，根据输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。黑箱模型混合建模方法灰箱建模把过程机理和输入输出数据结合建模的方法建立数学模型不能也没有必要无限追求非常高的模型精度，而应该根据实际需要来确定。否则就可能会为建立模型而付出过大代价，又对生产并无太大的实际意义。2.2机理建模方法列写基本方程式并增量化单位时间内进入系统的物料量(或能量)－单位时间内由系统流出的物料量(或能量)系统内物料(或能量)存储量的变化率消去中间变量基本步骤：一、单容对象的传递函数微

4、分方程阶次高低是由被控对象中储能部件的多少决定的。只有一个储能元件的对象称为单容对象。有一单容水槽，不断有水流入槽内，同时也有水不断由槽中流出水流入量Qi由调节阀开度u加以控制，流出量Qo则由用户根据需要通过负载阀来改变。被调量为水位h，它反应水的流入与流出之间的平衡关系。分析水位调节阀开度扰动下的动态特性。Qi+QiQo+Qouh0+hA1Qi：输入水流量，m3/sQi：输入水流量的增量，m3/sQo：输出水流量，m3/sQo：输出水流量的增量，m3/sh：液位的高度，mh0：液位的稳态值，mh：液位的增量，mu：调节阀的开度，m2A：水

5、槽横截面积，m2设各量定义及单位：列写基本方程式：当进水阀开度发生阶跃变化u时：初始时刻处于平衡状态：Qi=Qo，h=h0消去中间变量当阀前后压差不变时，Qi与u成正比：液位越高，水箱内水的静压力增大，流出量亦增大，设它们之间为线性关系：R：阀门的阻力，即液阻，s/m2，与工作点处流出量的值有关Qi=Kuu，Ku：阀门流量系数，m/s令：A=C，容量系数T=RC，时间常数K=KuR，放大倍数对应的传递函数为：该对象对应的方框图：KuU(s)Qi(s)+－Qo(s)H(s)阶跃输入下的响应：自衡对象的阶跃响应曲线tu(t)h(t)R

6、=0.5;C=100;Ku=4;M=2实际上，储槽底面积，及液容类似于电容。电容越大，相同的电流变化（增量）造成的电压改变越小；同样，储槽底面积越大，相同流量的改变造成的液位改变越小。电路中把RC定义为时间常数T，T越大，瞬态响应时间越长。液位对象也有这个特点，T越大，流量改变后液位H达到新的稳态的过渡过程时间也越长。容量C：生产设备和传输管路都具有一定的储蓄物质或能量的能力。被控对象储存能力的大小，称为容量或容量系数，其意义是：引起单位被控量变化时，被控过程储存量变化量。种类有电容、热容、气容、液容等等。阻力：凡是物质或能量的转移，都要克服阻力，阻力

7、的大小决定于不同的势头和流率。种类有：电阻、热阻、气阻、流(液)阻。二、具有纯滞后的单容对象特性调节阀1距离水槽由一段距离。因此调节阀1开度变化所引起的流入量变化Qi，需要经过一段传输时间0，才能对水槽液位产生影响，0是纯延迟时间。可见纯延迟现象产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。h(t)u(t)无自衡对象的阶跃响应曲线R=0.5；C=100；Ku=2；M=2；＝30三、无自衡能力的单容对象特性Qi+QiQouh0+hC1定量泵：响应速度当为阶跃信号，幅值为M，则：：响应时间无自衡对象的阶跃响应h(t)u(t

8、)C=100;Ku=2;1、具有自平衡能力的双容对象q1R1h1C1C2h2R2R3q2q3四