第二章--过程特性及其数学模型.ppt

第二章

过程特性及其数学模型教学内容化工过程的特点及描述方法对象数学模型的建立§2.1化工过程的特点及描述方法2.被控对象的特性对象的数学模型：二.建立对象数学模型的方法

（有两种方法）最基本关系：静态条件关系式：单位时间流入对象的物料量或能量=流出的物料量或能量动态条件关系式：单位时间内进入系统的物料量或能量－单位时间内流出的物料量或能量=系统内物料贮存量的变化量2.实验测定法：数学模型的表示方法：§2.2对象数学模型的建立一阶对象： 被控对象的动态特性可用一阶微分方程来表示。积分对象： 二阶对象：一.一阶对象first-orderobjects2．RC电路二.积分对象integralobjects三．二阶对象second-orderobjects1．二阶水槽为例2．二阶电阻电容电路§2.3描述对象特性的参数教学内容对象的特性常用三个物理量来表示一.放大系数KK的物理意义对象受干扰作用，重新达到稳定状态时的输出变化量和输入变化量之比。K对控制系统的影响对象控制通道K0，希望K0适当大一些。对象干扰通道Kf，应愈小愈好。在实际工艺系统中，通常采用比较K值的方法来选择主要控制参数。说明改变冷剂流量对被调参数温度影响最大、最灵敏；改变冷蒸汽流量对影响次之；改变半水煤气量对被控参数温度影响最不显著。简单水槽T的物理意义指当对象受到阶跃作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。T是反映被控变量变化快慢的动态参数。T对控制系统的影响干扰通道Tf越大，干扰对被控变量y的影响越迟缓，控制越容易。控制通道T，适当小，使控制及时，过渡时间短。从理论上讲，当t=∞，才有h=KA。但，当t=3T时，三.滞后时间τ对象的滞后：1．传递滞后（纯滞后）τ0传递滞后：2.容量滞后τn容量滞后（或过渡滞后）：滞后时间τ对控制系统的影响存在于控制参数方向，使其不能及时地起控制作用；存在于被控参数测量方向，控制器不能及时觉察到偏差。如图RC电路中，已知R=5，C=2.试画出ei突然由0阶跃变化到5V时的e0变化曲线，并计算出t=T、t=2T、t=3T时的e0值。变换炉换热器变换气蒸汽喷射泵蒸汽煤气冷剂量一氧化碳变换过程示意图231213温度℃t不同输入作用时的被控变量变化曲线举例tttthht/℃t/℃蒸汽蒸汽∞∞不同时间常数对象的反应曲线不同对象，输入变化时，输出变化的快慢程度不同。二.?时间常数T结论如何定量地表示对象受干扰后的这种特性呢？在自动化领域中，往往用时间常数T来表示。T越大，对象受到输入作用后，y变化越慢，达到新稳态值时间越长（惯性大）。当t=T时h(∞)0.632h(∞)h(∞)Tt举例可近似认为动态基本结束比较下面曲线时间常数T0tabcTT00tt对象受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速地变化，这种对象的输出变化落后于输入的现象。分类传递滞后（根据滞后性质）容量滞后τ0产生的原因：一般是由于介质的传输、能量的传递、信号的传送需要一段时间。检测方案不合理。对象受到输入作用时，其输出变量要经过一段时间才开始变化∞溶解槽溶液稀液浓度控制点溶质皮带输送机加料斗ttxyτ0L——传送距离υ——皮带输送机的传送速度举例TTTTTTL水溶液蒸汽q安装成分分析仪器时，要尽量避免。测量点选择不当、检测元件安装位置不合理（如较远），信号传递将会引起较大的传递滞后，造成控制系统控制不及时。水溶液举例注意τntTh拐点对象受到输入作用时，输出变量开始变化很慢，后来才逐渐加快，再之后又逐渐变慢直到达到稳定值。产生的原因:它是多容过程所固有的特性。由于物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的。滞后时间τ=τ0+τnτ0τnτnttThh拐点单个容量：纯滞后。多个容量：纯滞后+容量滞后对对象的控制通道是不利的。在设计和安装控制系统时，都应当尽量把τ减小到最小。结论如果存在纯滞后，相当于干扰延迟了一段时间才进入系统，而干扰的出现，本来就是随机的，因此并不影响控制系统的品质。扰动通道中存在容量滞后，可使阶跃干扰的影响趋于缓和，对控制系统是有利的。τ对对象的干扰通道控制器执