《过程控制》讲义-2new

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1、第二章简单控制系统简单控制系统又称为单回路控制系统。虽然简单，但应用较广；过程控制的基本概念主要是在本章建立的。因此，本章内容无疑是重点之一。1.典型例子：液位变送器液位控制器执行器2.系统方框图3.特点最简单、最基本；应用最广泛、最成熟。是各种复杂控制系统设计和参数整定的基础。适用于被控对象滞后时间较小，负载和干扰不大，控制质量要求不很高的场合。第二章内容生产过程的动态特性比例积分微分控制及其调节过程单回路控制系统的整定仪器仪表—变送器、执行器(调节阀)等第一节生产过程的动态特性2.1-1被控过程特性的一般描述2.1-2单容过程的动态特性2.1-3多容过程的动态特性2.1-4纯迟延

2、2.1-5分布参数2.1-6非线性2.1-7生产过程动态特性的实验测试与数据处理被控过程2.1-1被控过程特性的一般描述一、动态特性与静态特性动态特性：被控参数随时间变化的特性y(t)静态特性：稳定平衡状态下参数间的相互关系u1u2umy1yny2多输入多输出过程输入u输出y单输入单输出过程被控过程......二.动态特性的描述方法1.参数描述法微分方程描述传递函数描述差分方程描述脉冲传递函数状态空间方程描述2.非参数描述法——响应曲线阶跃响应脉冲响应频率响应噪声响应:白噪声、M序列3.参数描述与非参数描述的相互转换参数描述非参数描述已知微分方程、传递函数，输入信号，画出响应曲线非参

3、数描述参数描述根据实验数据或直接得到响应曲线，再得到特征参数，从而得到微分方程、传递函数5/(s+1)阶跃相应曲线5/(s+1)脉冲相应曲线频率相应曲线三、过程动态特性的测取1.从生产过程的机理分析推导出描述式物料平衡、能量平衡方程，运动方程，化学反应方程（过程动态学）2.实验研究线性对象和非线性有较大差别以实验信号激励过程求取响应曲线形状、特征参数辨识出过程动态特性(阶次,参数)时域法，频域法，相关法。3.新型建模方法：模糊建模，神经元网络建模，小波建模。2.1-2单容过程的动态特性单容:存在一个存储物料或能量的容积一、单容加热过程的微分方程基本出发点：热量平衡方程冷水热水加

4、热过程体积V介质密度比热C入口温度加热量出口温度12流速（量）GQi容器内存储热量的变化=加热量+流体进出热量之差如果起始点（t=0时）为稳定平衡状态，则(3)(2)-(3)，且令(1)(2)以2为输出量，qi为输入量的微分方程为以2为输出量，1为输入量的微分方程为方程的列写过程以物料或能量平衡方程为基本依据；以基本平衡方程减去起始平衡点的平衡方程（初始条件），得到增量方程；整理得到以增量为变量的微分方程标准形式。体积：立方米；比热：卡/度千克；密度：千克/立方米；流量：千克/秒；热量：卡可作各项量纲检查，检查其正确性二、单容水槽的微分方程根据进出水量平衡方程有：单位时间

5、内水槽内存储水量变化=进水流量-出水流量若R为线性阻力在原始平衡点有(1)(2)(1)-(2)：令(3)式则可整理为一般形式，，单容过程一阶微分方程，T，K为特征参数(3)非线性方程根据流体力学定律，在大多数条件下阻力为变成非线性微分方程(5)(4)则用（6）代入（5）并减去（7）得在工作点H0附近将阻力线性化，采用台勒级数展开(6)在初始平衡点，(7)而线性化后，可为系统分析带来方便在工作点附近对非线性进行线性化处理是经常采用的方法它只适用于工作点附近的小区域增量方程为令整理后成为一般线性微分方程线性系统与非线性系统比较非线性系统在某个工作点的线性化结果只能在该点附近使用。RL=

6、1/kkL=Qo/HkNL=Qo/HRNL=1/kHQo1151/55511101/10101011201/(25)2020非线性增益与线性增益比较QoH三、单容过程的阶跃响应与特征参数微分方程：输入量q，输出量h,T、K为常数传递函数：阶跃响应函数：阶跃响应曲线：T特征参数及其物理意义：时间常数T;放大倍数K飞升(响应)速度：单位阶跃响应的最大变化速度=K/T单容过程的特点：起点（t=0）变化速度最快阶跃响应的变化速度函数：四、无自平衡能力的单容对象微分方程与传递函数：特征参数飞升速度=1/T自平衡率=1/K特点：扰动作用下没有新的平衡点（新稳态）,即靠过程自身

7、无法到达新稳态，=0阶跃响应曲线2.1-3多容过程的动态特性多容过程具有两个或两个以上的存储容积多容过程的微分方程与传递函数第一个水箱第二个水箱《过程控制》例1-3(p26-27)容积迟延c由于前置容积的存在而引起的迟延多容过程的等效特征参数等效时间常数T等效迟延时间放大倍数K多容过程的阶跃响应函数与曲线阶跃响应2.1-4纯迟延（传输迟延）传输迟延：由传输距离造成的信号迟延传递函数特征参数:迟延时间阶跃响应曲线单容与纯迟延串联yt迟延时间对控制过