过程控制第二章第3讲建模.ppt

第二章过程建模和过程检测控制仪表第一节过程建模第二节过程变量检测及变送第三节过程控制仪表第一节过程建模被控过程的数学模型：是指过程在各输入量的作用下，其相应输出量变化函数关系的数学表达式。模型种类：响应曲线型（脉冲响应曲线和频率特性曲线）、函数参数型（微分方程、传递函数、脉冲响应函数、状态方程和差分方程等）。2.被控过程的特点被控量的变化往往是不振荡的、单调的、有滞后和大惯性的。有自衡能力的过程为自衡过程（图a），无自衡能力的过程为无自衡过程（图b），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，称为自平衡能力。3.建立数学模型的目的设计过程控制系统和整定调节器参数数学模型是系统分析与设计的主要依据，是调节器参数整定的基础。指导设计生产工艺设备对生产过程数学模型进行分析与仿真，可确定有关因素对被控过程动态特性的影响，有利于对生产设备的合理设计。进行仿真试验研究根据数学模型通过计算机进行仿真试验，节省系统设计的时间与经费。培训运行操作人员建立复杂生产过程的数学模型和模拟系统，对操作人员进行培训，方便、安全和经济。二、机理分析法建模机理分析法适用于简单的被控过程建模。它是根据过程的内部机理，运用物理和化学原理建立数学模型。二、机理分析法建模容量C含义：生产设备和传输管路都具有一定的储蓄物质或能量的能力。被控对象储存能力的大小，称为容量或容量系数，其意义是：引起单位被控量变化时，被控过程储存量变化量。种类：有电容、热容、气容、液容等等。阻力概念：凡是物质或能量的转移，都要克服阻力，阻力的大小决定于不同的势头和流率。种类：电阻、热阻、气阻、流(液)阻。2多容过程2多容过程多容过程传递函数有自衡能力多容过程的传递函数为：（二）非自衡过程建模1单容过程2多容过程三、试验法建模（过程辨识）试验法建模是在实际的生产过程中，根据过程输入、输出的实验数据，通过过程辨识与参数估计的方法建立被控过程的数学模型。此方法适用于较复杂的、难以用数学推导方法得到数学模型的生产过程。试验法有加专门信号和不加专门信号两种，不加专门信号是利用过程在正常操作时所记录的信号，进行统计分析来求过程的数学模型，精度较差。一般情况下多采用加专门信号试验法（阶跃信号、脉冲信号、随机信号）。（一）阶跃响应曲线法（二）矩形脉冲响应曲线法矩形脉冲响应曲线转换为阶跃响应曲线方法（三）由阶跃响应曲线确定过程的传递函数1确定一阶环节的特性参数2确定一阶加滞后环节的特性参数切线法在阶跃响应曲线变化速度最快（拐点D）处作一切线，交时间轴与B点，交稳态值与A点。OB即为过程的滞后时间τ，BC即为过程的时间常数T0。过程的放大系数K0求法同上。2确定一阶加滞后环节的特性参数计算法校验：取如果与上述值相差太大，应选二阶惯性环节来近似3确定二阶或n阶惯性环节的特性参数采用两点作图法3确定二阶或n阶惯性环节的特性参数4确定二阶加滞后环节的特性参数5确定无自衡过程的特性参数例题：确定一阶加纯滞后环节的特性参数本节重点掌握过程数学模型的特点；掌握常用机理建模方法；掌握二阶以下的阶跃响应曲线建模方法；为测定某干燥器对象特性，在某时刻突然将蒸汽流量从25m3/h增加到28m3/h，物料出口温度记录仪得到的响应曲线如图所示，确定对象数学模型，已知温度测量仪表测量范围为0～200℃，流量测量仪表测量范围为0～40m3/h。***返回目录第3讲一、基本概念返回本章输入量与输出量之间的信号联系----过程通道控制作用与被控量之间的信号联系----控制通道扰动作用与被控量之间的信号联系----扰动通道过程通道不同，其数学模型亦不同。1.基本概念（一）自衡过程建模1.单容过程动态物料平衡关系：增量形式其中单容过程传递函数时间常数放大系数容量系数（过程容量）物料平衡关系有自衡能力的双容过程双容过程的传递函数:其中3滞后过程具有纯滞后的多容过程的传递函数具有纯滞后单容过程的微分方程和传递函数3滞后过程双容过程数学模型多容过程数学模型单容纯滞后过程数学模型多容纯滞后数学模型注意事项：1）合理选择阶跃信号值；为正常输入信号的5%~15%，以不影响正常生产为准。2）在输入阶跃信号前，被控过