化工自動化及儀表第二章ppt課件

1、第二章 過程特性華東理工大學信息學院自動化系.過程：簡單控制系統(tǒng)方塊圖過程特性：需求實現(xiàn)控制的機器、設(shè)備或消費過程是指被控過程的輸入變量發(fā)生變化時，其輸出變量隨時間的變化規(guī)律。支配變量、擾動變量被控變量.研討過程特性的必要性：為了更好地實施控制.本章內(nèi)容： 2.1 過程特性的類型2.2 過程的數(shù)學描畫2.3 過程特性的普通分析2.4 過程特性的實驗測定方法.2.1 過程特性的類型通道：擾動通道：控制通道：輸入變量對輸出變量的作用途徑支配變量q(t)對被控變量c(t)的作用途徑擾動變量f(t)對被控變量c(t)的作用途徑支配變量、擾動變量被控變量.2.1 過程特性的類型對象特性主要經(jīng)過呼應(yīng)曲線來

2、呈現(xiàn)控制通道的呼應(yīng)曲線：當支配變量q(t)做階躍變化擾動f(t)不變時被控變量的時間特性c(t)擾動通道的呼應(yīng)曲線：當擾動變量f(t)做階躍變化控制造用q(t) 不變時被控變量的時間特性c(t).呼應(yīng)曲線的種類：(在階躍擾動作用下)有自衡的非振蕩過程無自衡的非振蕩過程.有自衡的振蕩過程具有反向特性的過程.有自衡的非振蕩過程如以下圖中的液位過程.無自衡的非振蕩過程如以下圖中的液位過程.2.2 過程的數(shù)學描畫 要研討被控過程的特性，就必需知道被控過程的數(shù)學模型，也就是對過程的數(shù)學描畫。數(shù)學模型：表示詳細過程的輸入、輸出關(guān)系的數(shù)學方程式。其方式有：微分方程式、偏微分方程式、形狀方程.2.2 過程的數(shù)

3、學描畫蒸汽加熱器建立數(shù)學模型的方法：機理建模法、實驗測定法能量平衡方程等.由前面的分析略可得：一階被控過程控制通道的動態(tài)方程為：一階被控過程擾動通道的動態(tài)方程為：有純滯后.其中： 分別為控制通道、擾動通道的時間常數(shù)和放大系數(shù)； 分別為被控變量增量、支配變量增量和擾動變量增量。.2.3 過程特性的普通分析 描畫有自衡非振蕩過程的特性參數(shù)有放大系數(shù)K、時間常數(shù)T和時滯。放大系數(shù)K(1) 控制通道的放大系數(shù)Ko(2) 擾動通道的放大系數(shù)Kf.(1) 控制通道的放大系數(shù)Ko定義：在擾動變量f(t)不變的情況下，被控變量的變化量c(t)與支配變量的變化量q(t)在時間趨于無窮大時之比. 控制通道的放大系

4、數(shù)Ko反映了過程以初始任務(wù)點為基準的被控變量與支配變量在過程變化終了時的變化量之間的關(guān)系，是一個穩(wěn)態(tài)特性參數(shù)。初始任務(wù)點：過程原有的穩(wěn)定形狀。消費負荷：過程的消費才干或處置量。.在負荷不變的情況下，蒸汽量不同，到達平衡的出口溫度不同；反之，在蒸汽量一樣，處置量負荷不同的情況下，到達平衡的出口溫度也不同。F.過程的放大系數(shù)是變化的，受負荷和任務(wù)點的影響。在一樣的負荷下， Ko隨任務(wù)點的增大而減??；在一樣的任務(wù)點下，Ko隨負荷的增大而減小。蒸汽加熱器的穩(wěn)態(tài)特性Ko該如何選擇呢？.選擇Ko的原那么：希望Ko大一些。.(2) 擾動通道的放大系數(shù)Kf定義：在支配變量q(t)不變的情況下，過程遭到幅度為f

5、的階躍擾動作用，過程從原有穩(wěn)定形狀到達新的穩(wěn)定形狀時被控變量的變化量 與擾動幅度f之比。.(2) 擾動通道的放大系數(shù)KfKf該如何選擇呢？Kf越大，闡明在某一固定的f下，被控變量的變化會大；反之亦然。很顯然，希望Kf小。.時間常數(shù)T 時間常數(shù)T是表征被控變量變化快慢的動態(tài)參數(shù)。 控制過程中時間常數(shù)的概念來源于電工學中時間常數(shù)的概念。 在阻容環(huán)節(jié)的充電過程中，T=RC表征了充電過程的快慢。.定義1：在階躍外作用下，一個阻容環(huán)節(jié)的輸出變化量完成全部變化量的63.2%所需求的時間,稱為該阻容環(huán)節(jié)的時間常數(shù)。定義2：在階躍外作用下，一個阻容環(huán)節(jié)的輸出變化量堅持初始變化速度，到達新的穩(wěn)態(tài)值所需求的時間。

6、.任何過程都具有儲存物料或能量的才干，如過程的容量有熱容、液容、氣容。因此，可以用過程容量系數(shù)C與阻力系數(shù)R的乘積來表征過程的時間常數(shù)。任何過程在物料或能量的傳送過程中，也總是存在著一定的阻力，如熱阻、液阻、氣阻。.1控制通道時間常數(shù)To對控制系統(tǒng)的影響希望To適中在一樣的控制造用下，過程的時間常數(shù)To越大，To越小，被控變量的變化越緩慢。被控變量的變化越快。. 2擾動通道時間常數(shù)Tf 對控制系統(tǒng)的影響希望Tf大過程的時間常數(shù)Tf 越大越好相當于對擾動信號進展濾波。對被控變量的影響越小.純滯后定義：在過程的輸入變量發(fā)生變化后，輸出變量不是立刻變化，而是隔一段時間才開場發(fā)生變化，這種景象稱為純滯

7、后時滯景象。具有純滯后時間的階躍呼應(yīng)曲線 定義中的純滯后包括了兩種滯后：純滯后、容量滯后。 實踐工業(yè)過程中的純滯后時間是指純滯后與容量滯后時間之和.純滯后o是由于信息的傳送需求時間而引起的。物料傳輸.1能夠源于被控變量c(t)至丈量值y(t)的檢測通道；2能夠源于控制信號u(t)至支配變量q(t)的一側(cè)。.容量滯后是多容量過程的固有特性，是由于物料或能量的傳送都會遇到一定的阻力而引起的。容量滯后.1純滯后對控制通道的影響 希望o小。純滯后對系統(tǒng)控制過程的影響，是以其與時間常數(shù)的比值/T來衡量的。/T(0.50.6)時，需用特殊控制規(guī)律。/T較大時，需求在一定程度上降低控制系統(tǒng)的控制目的才可以確

8、保對系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。 的過程較易控制；.2純滯后對擾動通道的影響 對o無要求。 希望c大。.2.4 過程特性的實驗測定方法 過程特性參數(shù)可以由過程的數(shù)學模型經(jīng)過求解得到。但是在消費過程中，很多過程的數(shù)學模型是不易得到的。 .工程上普通用實驗方法來測定過程特性參數(shù)。最簡便的方法就是直接在原設(shè)備或機器中施加一定的擾動，經(jīng)過對該過程的輸出變量進展丈量和記錄，然后經(jīng)過分析整理得到過程特性參數(shù)。 .階躍擾動法反響曲線法 當過程處于穩(wěn)定形狀時，在過程的輸入端施加一個幅度知的階躍擾動，丈量和記錄過程輸出變量的數(shù)值，畫出輸出變量隨時間變化的呼應(yīng)曲線，根據(jù)呼應(yīng)曲線求得過程特性參數(shù)。.放大系數(shù) K=B/A 時間常數(shù) T純滯后 一階系統(tǒng).放大系數(shù)K: K=c(t)-c(0)/A 時間常數(shù)T: T=2、3之間的間隔純滯后 : =1、2之間的間隔二階系統(tǒng).階躍擾動法簡便易行、且比較直觀、所以得到了廣泛的運用。但是針對較復雜、擾動要素較多的過程，會影響測試精度；另外