第二章过程控制系统的数学模型03要点分析.pptVIP

过程控制系统 三、研究并建立数学模型的目的 扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。 一、自衡过程的数学模型 2、参量关系分析 讨论：(1)、静态时， (二)、具有纯滞后单容过程的数学模型 * * 第二章 被控过程的数学模型 2－1 概述 2－2 机理建模方法 2－3 测试建模方法 上一页 下一页 返回 §2-1 概述 一、被控对象的动态特性 二、数学模型的几个概念 三、研究和建立数学模型的目的和作用 四、单输入单输出过程常见的数学模型 五、有自平衡能力和无自平衡能力的概念 一、被控对象的动态特性 1：研究对象动态特性的目的 被控对象的动态特性 1：研究对象动态特性的目的 在已经设计好控制系统的生产过程，可以根据对象的动态特性，正确地确定控制系统的最佳整定参数，以达到最好的控制效果 可以合理地选择自动控制方案和设计最佳的控制系统 可以改进原有的控制系统，满足所需要的动态特性和最佳的控制特性 被控对象的动态特性 2：对象动态特性的定义 是指对象的某一输入量发生扰动时，其被控参数随时间变化的特性。 3：被控对象的分类 具有一个被控参数的被控对象——多输入单输出的被控对象 具有若干个被控参数的被控对象——多输入多输出的被控对象 多输入单输出的被控对象 干扰通道 控制通道 干扰通道 干扰通道 被控对象 外扰d2 外扰dn 外扰d3 内扰d1 控制作用u Gd2(s) Gd3(s) Gdn(s) G(s) y2 y3 yn y1 被控参数y 通道：输入信号和输出信号之间的信号联系 控制通道：控制作用与被控参数之间的信号联系 干扰通道：干扰作用与被控参数之间的信号联 多输入多输出的被控对象 这种对象可能有两种情况： 1：被控对象可以划分成若干个独立的被控区域——若干个独立的控制系统，每一个控制器（调节阀）只对一个被控参数起作用。——按具有一个被控参数的对象处理。 2：具有多个被控参数有相应个数的控制作用，这些被控参数之间保持一定的联系，或者通过共同的对象都收到某一控制作用的影响，而不能独立控制——综合控制 综合控制 每一个控制作用除了影响自己的被控参数外，还或多或少影响其他被控参数——与其他调节器协同动作，或解耦控制 多输入多输出的被控对象 控制通道的传递函数阵 干扰通道的传递函数阵 二、数学模型的有关概念 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。 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。 通道:输入量与输出量间的信号联系。 被控对象的动态特性 控制通道 干扰通道 (1)、设计过程控制系统、整定调节器参数。 (2)、指导生产工艺设备的设计。 (3)、进行仿真实验研究。 (4)、培训运行操作人员。 四、单输入-单输出过程的常见模型 (1)、线性时间连续模型 (2)、线性时间离散模型 控制通道--控制作用与被控量间的信号联系； 五、有自平衡能力和无自平衡能力的概念 有自平衡能力 在干扰发生的开始阶段，被控参数并不立即发生变化，说明对象对干扰的响应存在滞后，响应曲线的最后阶段，被控参数可能达到新的平衡，也可能不再平衡下来 u t 0 u t 0 y t 0 y(0) t y 0 y(0) 无自平衡能力 无自平衡能力 有自平衡能力 对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏 ，无须外加任何控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质 对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏 ，不能依靠对象本身自动平衡的倾向，达到新的平衡状态的性质 §2-2 机理分析法建模 自衡过程的数学模型 单容对象的数学模型 有纯滞后的单容对象的数学模型 多容对象的数学模型 无自衡过程的数学模型 单容对象的数学模型 双对象的数学模型 多容对象的数学模型 自衡过程的数学模型与无自衡过程的数学模型比较 (一)、单容过程的数学模型 1、单容过程的定义：只有一个储蓄容量的过程。如下页图所示。 2.2 机理分析法建模 过程演示 返回 (一)、单容过程的数学模型 敞口液箱的液位h为被控参数，流入液箱的液体流量Qi可用调节阀的开度u加以改变，液体流量是调节介质，流出量Qo决定于外界负荷的大小，并由负载阀的开度来改变，液箱中液位是反映流入量和流出量是否平衡的标志，所以是被控参数 被控参数： 输入量： 输出量 控制量 u (一)、单容过程的数学模型 自衡过程的数学模型 (一)、单容过程的数学模型 液位保持在一定的高度 自衡过程的数学模型 u (2)、当Qi变化时?h变化? Qo变化。 由控制阀开度变化 引起 阀门流量系数 根据流体力学知识，流出量与液位的关系