过程控制-特性分析与模型建立ppt课件.ppt

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1、《过程控制》第二章过程动态特性分析与模型建立本章要点了解动态系统的分类以及模型化方法；了解典型过程的动态特性类型；掌握简单被控过程的机理建模方法；了解多变量系统的模型化方法；了解分布参数系统的模型化方法；掌握过程模型建立的一般步骤；几个相关问题。第二章特性分析与模型化2.1动态系统的分类第二章特性分析与模型化问题：动态系统与静态系统?从形式上分：输入输出模型（刻划过程的外特性）状态空间模型（揭示过程的内部运动特性）从时间上分：连续型模型（以微分方程或偏微分方程描述过程）离散型模型（以差分方程描述过程）输入输出模型与状态空间模型在一定条件下可以相互转换；对于某些系统离

2、散型模型是连续型模型的离散化。传递函数或脉冲传递函数是输入输出模型的另一种表达形式。它们的获得是零初始条件下，微分方程的拉氏变换和差分方程的Z变换。2.２常用数学模型　　及建立过程数学模型的方法第二章特性分析与模型化2.２常用数学模型　　及建立过程数学模型的方法１．连续型输入输出模型：零初始条件下，Laplace变换得到传递函数：２．离散型输入输出模型：零初始条件下，Z变换得到脉冲传递函数：为什么要有这个条件？2.２常用数学模型　　及建立过程数学模型的方法３．连续型状态空间模型：零初始条件下，Laplace变换得到传递函数：４．离散型状态空间模型：零初始条件下

3、，Z变换得到脉冲传递函数：常用建立过程控制模型的方法：机理法——理论建模原理：通过分析过程的运动规律，运用一些已知的定律、定理和原理进行建模。如：能量守恒定律、牛顿定律；物质平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程；及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程。特点：概念明确、适用范围宽，要求对该过程机理明确。测试法——系统辩识建模原理：根据工业过程的输入输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。其特点是不需要深入掌握过程的内部机理。分为经典和现代两类。经典辩识法包括阶跃响应法、脉冲响应法等；现代辩识法至系统辩识。特点：无需深入了解过程机理，但适用范围小，模

4、型准确性有限。2.２常用数学模型　　及建立过程数学模型的方法工业过程一般都比较复杂，甚至有些过程的机理到目前尚不清晰，因此常用理论分析加系统辩识的方法。一般先通过机理分析得到模型的基本结构，再通过系统辩识方法得到模型参数。需要说明的是，数学模型的表达和简化，在很大程度上取决于使用模型的目的，同一过程可表达成不同的模型，如执行机构可根据要求用二阶、一阶甚至常数来表达其数学模型。2.２常用数学模型　　及建立过程数学模型的方法以液位过程为例，说明简单过程环节的动态特性和模型化方法。一、积分环节（先推导，后写）缓冲容器如下图所示。其作用是减少工艺过程中由某一工段传至另一

5、工段的流量波动。实际系统中常采用控制液位高度和开口溢流两种方式。2.3液位过程的动态特性与模型化假定：①泵从缓冲容器中抽取的流量为常值即②入口流量与调节器的输出成线性关系即③不考虑液体在管道中的流经时间第二章特性分析与模型化质量平衡方程：稳态：增量：2.3液位过程的动态特性与模型化2.3液位过程的动态特性与模型化若各变量以自己的稳态值为起算点，即二、一阶惯性环节（先推导，后写）缓冲容器如下图所示。其作用是减少工艺过程中由某一工段传至另一工段的流量波动。实际系统中常采用控制液位高度和开口溢流两种方式。2.3液位过程的动态特性与模型化依然假定：①入口流量与调节器的输出成

6、线性关系即②不考虑液体在管道中的流经时间质量平衡方程：流体运动方程：2.3液位过程的动态特性与模型化消去稳态项：线性化即忽略高次项：考虑讨论问题：（1）线性化的意义？如何线性化？（2）如何用Matlab或SimuLink表示该过程？2.3液位过程的动态特性与模型化液容：液阻：2.3液位过程的动态特性与模型化其它一阶惯性环节储气罐电加热槽混合槽二阶惯性环节二阶惯性环节多阶惯性环节纯时延的产生及对控制的影响第二章特性分析与模型化2.4冷热液混合槽的动态特性与模型化2.5钢板不稳定传热过程的动态特性与模型化第二章特性分析与模型化第二章特性分析与模型化2.6模型建立的一般方

7、法与步骤实用阶跃响应建模执行器——调节阀“气开/电开、气关/电关”形式与流量特性的选择广义对象——概念与动态特性测试广义对象动态特性的另一种分类——自衡与非自衡2.7几个相关的实际问题第二章特性分析与模型化对象特性的阶跃响应测试假设温度测量变送器的量程为200~400℃,对象特性可用以下一阶+纯滞后来表示,试确定其Kp,Tp,τ。对象特性参数的确定假设温度测量变送器的量程为200~400℃。气动调节阀的结构u(t)：控制器输出(4~20mA或0~10mADC)；pc：调节阀气动控制信号；l：阀杆相对位置；f：相对流通面积；q：受调节阀影响的管路相对流量。阀门的“