过程控制课程讲义2 第一章 生产过程的动态特性.pptVIP

Process Control 过程控制 第一章 生产过程的动态特性 1－1 被控过程特性的一般描述 1－2 单容过程的动态特性 1－3 多容过程的动态特性 1－4 纯迟延 1－5 分布参数 1－6 非线性 1－7 生产过程动态特性的实验测试 与数据处理 §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 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 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) §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 容器内存储热量的变化 =加热量+流体进出热量之差 以 为输出量， 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。 二.单容水槽的微分方程 根据进出水量平衡方程有： 单位时间内水槽内存储水量变化 =进水流量 - 出水流量 非线性方程根据流体力学定律，在大多数条件下阻力为 用（6）代入（5）并减去（7）得 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 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： 特征参数及其物理意义： 时间常数T; 放大倍数K 飞升速度：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）,即靠过程自身无法到达新稳态，? = 0 阶跃响应曲线 §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 §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 迟延时间对控制过程的影响 §1-5 分布参数 一. 分布参数存在的实际背景 ? 列管（长管）加热器（锅炉的过热器） 温度是位置的函数 ? 列管（长管）反应器 溶融指数、温度、压力都是位置的函数 ? 非均匀搅拌的罐式加热（反应）器 分段分解为多个集中过程串联 以若干个集中参数去近似分布参数 以高阶微分方程替代高阶偏微分方程 传递函数以S的高阶代数方程替代超越方程 整体模拟法 以其输入输出响应曲线的总体特性为依据，按集中参数拟合出它的微分方程、传递函数 一、过程增益不是常数（连续非线性） a.换热器 换热器的放大倍数 b.水槽： 二、非连续性非线性 死区：输入在某一范围内变化，输出无响应 滞环：上行、下行时，同一输入对应不同输出 传输迟延：输出在一段时间之后复现输入的变化 饱和：当输入大于某一数值，输出不再变化 继电特性：界限值前后两种相反状态 非线性、大迟延、分布参数是过程控制中常见的难点问题，许多研究正围绕这些问题展开 §1-7 生产过程动态特性的 实验测试与数据处理 一、过程动态特性响应曲线的测取 各种实验均应从稳定平衡工况下开始 1 激励信号：幅度要能充分激励过程，又不至于对正常生产过程产生太大影响