化工仪表第一、二章分析报告.ppt

y t B B’ C A 0 根据实际操作经验，为保持足够的稳定裕度，一般希望过渡过程有两个波左右，与此对应的衰减比在4:1到10:1的范围内。 衰减率： 衰减比4:1——衰减率0.75 衰减比10:1——衰减率0.90 n1:衰减振荡。n越大，则控制系统的稳定度也越高，当n趋于无穷大时，控制系统的过渡过程接近于非振荡过程。 n=1:等幅振荡。 n1:发散振荡。n越小，意味着控制系统的振荡过程越剧烈，稳定度也越低， 控制系统的品质指标示意图 动画链接按钮 定义：控制系统过渡过程终了时设定值与被控变量稳态值之差。 y t B B’ C A 0 （3）余差 余差是反映控制准确性的一个重要稳态指标，一般希望其为零，或不超过预定的范围。 在控制系统中，对余差的要求取决于生产过程的要求，并不是越小越好。例如储槽液位，余差可大一些；化学反应器的温度控制要求高，余差就要小一些。 （4）过渡时间(回复时间) y t B B’ C A 0 过度时间表示控制系统过渡过程的长短。 定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原有稳态值达到新的稳态值所需要的时间。 理论上讲，控制系统要完全达到新的平衡状态需要无限长的时间。 实际上，被控变量接近于新稳态值的 的范围内且不再越出时为止所经历的时间，可计为过渡时间。一般希望过渡时间短一些。 （5）振荡频率（或振荡周期） 在衰减比相同条件下，周期与过渡时间成正比；振荡频率与回复时间成反比。 定义：过渡过程同向两波峰之间的时间间隔称为振荡周期或工作周期。其倒数称为振荡频率。 其它一些次要指标： 振荡次数：是指在过渡过程内被控变量振荡的次数。 “理想过渡过程两个波”：是指过渡过程振荡两次就能稳定下来。 上升时间：是指干扰开始作用起到第一个波峰所需要的时间。 总结： 主要指标有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间。在实际的系统中如何确定这些指标，要根据实际情况来定，原则：对生产过程有决定性意义的主要品质指标应该优先保证。 例题：某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰下的过渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、衰减比、余差、振荡周期、过渡时间（设定值为200℃）。 (℃) 解： (1)最大偏差： (3)衰减比： (2)余差： (℃) (℃), (℃) 第一个波的峰值 第二个波的峰值 衰减比 (5)过渡时间： (4)振荡周期： 过渡时间与规定的被控变量的限制范围大小有关，假设为 ，就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为 (℃) 那么，在新稳态值（205℃）两侧以限制范围为宽度画一区域，只要被控变量不再越出即可。因此，过渡过程为22min. T=20-5=15（min） 第二章被控对象的数学模型2.1化工对象的特点及描述方法 化工自动控制是由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器组成。在控制系统的分析和设计中，对象的数学模型是十分重要的基础资料。对象的数学模型可以分为静态和动态数学模型。静态数学模型描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系;动态数学模型描述的对象是对象在输入量改变以后输出量的变化。动态数学模型时在静态数学模型基础上建立起来的，静态数学模型是对象在达到平衡时的动态数学模型的一个特例。 用于控制的数学模型一边是工艺流程和设备尺寸都已经确定的情况下，研究的是对象的输入变量是如何影响输出变量的，即对象的某些 工艺变量（如温度、压力、流量等）变化以后如何影响另一个工艺变量的，研究的目的是为了使所设计的控制系统达到更好的控制效果。 2.2对象数学模型的建立 2.2.1建立数学模型的目的 1.控制系统的方案设计 2.控制系统的调试和控制参数的确定 3.制定工业过程操作优化方案 4新型控制方案及控制算法的确定 5.计算机仿真与过程培训系统 6.设计工业过程的故障检测与诊断系统 2.2.2机理建模 机理建模---就是根据对象或生产的内部机理，列出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、及某些物性方程，设备的特性方程，从而获得对象的数学模型，这些模型通常称为机理模型 我们以实例来讨论机理建模的方法 如何来建立描述数学表达式。 在生产过程中，最基本的关系是物料平衡和能量平衡。当单位时间流入对象的物料（或能量）不等于流出对象的物料时。表征对象物料储存量的参数就要随时间而变化，找出它们之间的关系，就能写出描述它们之间的数学表达式 要研究被控过程的特性，就必须知道被控过程的数学模型（参量模型），也就是对过程的数学描述。 数学模型：表示具体过程的输入、输出关系的数学方程式。 其形式有：微分方程式、偏微分方程式、状态方程 换热器示意图 动画链接按钮 h Q1 Q2 一阶对象 一阶对