過(guò)程控制第2章課件1

1、第一節(jié) 過(guò)程建?；靖拍睿?被控過(guò)程：指正在運(yùn)行中的多種多樣的被控制的生產(chǎn)工藝設(shè)備2過(guò)沖控制系統(tǒng)的品質(zhì)是由組成系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)及其特性所決定。被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型：指過(guò)程在各輸入量作用下，其相應(yīng)輸出量變化函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。過(guò)程的數(shù)學(xué)模型分類：1、非參數(shù)模型：階躍響應(yīng)曲線、脈沖響應(yīng)曲線、頻率特性曲線，即都是用曲線表示2、參數(shù)模型：微分方程、傳遞函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)、狀態(tài)方程、差分方程等，即都是用數(shù)學(xué)方程式和函數(shù)表示2被控過(guò)程分為：1、多輸入、單輸出2、多輸入、多輸出單回路控制系統(tǒng)框圖如圖:2過(guò)程通道：控制通道：擾動(dòng)通道：被控過(guò)程輸入量與輸出量之間的信號(hào)聯(lián)系控制作用與被控量之間的信號(hào)擾動(dòng)作用與

2、被控量之間的信號(hào)聯(lián)系2被控過(guò)程的特點(diǎn)：1、被控量的變化往往是不震蕩、單調(diào)的、有滯后和慣性的。如圖： 過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線 a)22、有的過(guò)程響應(yīng)也可能不斷變化 如圖： 過(guò)程的階躍響應(yīng)曲 b)2自衡過(guò)程：前者過(guò)程具有自平衡能力無(wú)自衡過(guò)程：后者過(guò)程無(wú)自平衡能力過(guò)程建模的目的:1、設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)和整定調(diào)節(jié)器參數(shù)2、指導(dǎo)設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝設(shè)備3、進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究4、培訓(xùn)運(yùn)行操作人員2建立過(guò)程數(shù)學(xué)模型的基本方法： 一、有機(jī)理分析法 二、試驗(yàn)法有機(jī)理分析法建模又稱為分析發(fā)建?；蚶碚摻＃m應(yīng)于簡(jiǎn)單的被控過(guò)程建模。機(jī)理建模的依據(jù)： 是根據(jù)過(guò)程的內(nèi)部機(jī)理，運(yùn)用一些已知的定律、原理建立過(guò)程的數(shù)學(xué)模型機(jī)理分析法建模的特

3、點(diǎn)： 當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備還處于設(shè)計(jì)階段時(shí)就能建立其數(shù)學(xué)模型。 2被控過(guò)程的自平衡能力和無(wú)自平衡能力自平衡能力： 過(guò)程在輸入量作用下，平衡狀態(tài)被破壞后，無(wú)須人或儀器的干擾，依靠過(guò)程自身能力，逐漸恢復(fù)達(dá)到另一新的平衡狀態(tài)，此特性稱為自平衡能力無(wú)自平衡能力： 被控過(guò)程在輸入量作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后，沒(méi)有人或儀器的干預(yù)，依靠過(guò)程自身能力，最后不能恢復(fù)其平衡狀態(tài)，此特性稱為無(wú)自平衡能力。 2自衡過(guò)程建模1、單容過(guò)程：自衡單容過(guò)程是指只有一個(gè)儲(chǔ)蓄容量的又具有平衡能力的過(guò)程2222、多容過(guò)程：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，被控過(guò)程往往由多個(gè)容積和阻力構(gòu)成 222222、滯后過(guò)程：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，過(guò)程的純滯后問(wèn)題是經(jīng)常遇到

4、的。 2222、非自衡過(guò)程建模單容過(guò)程 22多容過(guò)程 22滯后過(guò)程 23、試驗(yàn)法建模（過(guò)程辨識(shí)）實(shí)驗(yàn)法建模： 是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)過(guò)程輸入、輸出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即通過(guò)過(guò)程辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)的方法建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)法分類： 加專門信號(hào)、不加專門信號(hào) 。加專門信號(hào)： 是在試驗(yàn)過(guò)程中改變所研究的過(guò)程輸入量，對(duì)其輸出量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理就可以求得過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。不加專門信號(hào)： 即利用過(guò)程在正常操作時(shí)所記錄的信號(hào)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來(lái)求得過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。22常用的響應(yīng)曲線法來(lái)辨識(shí)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型一、階躍響應(yīng)應(yīng)曲線法階躍響應(yīng)應(yīng)曲線法：測(cè)定階躍響應(yīng)應(yīng)曲線的原理很簡(jiǎn)單，在被控過(guò)程的輸入量作階躍變化時(shí)，測(cè)定其輸出量隨

5、時(shí)間而變化的曲線試驗(yàn)注意事項(xiàng)： 1、合理選擇階躍信號(hào)值； 2、在輸入信號(hào)前，被控過(guò)程必須處于相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)； 3、試驗(yàn)時(shí)應(yīng)在相同的試驗(yàn)條件下重復(fù)做幾次測(cè)試，需獲得兩次以上比較 接近的測(cè)試數(shù)據(jù)，以減少干擾的影響；4、在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)在階躍信號(hào)做正、反方向變化時(shí)分別側(cè)取其響應(yīng)曲線，求 其過(guò)程的真實(shí)特性。2響應(yīng)曲線2二、矩形脈沖響應(yīng)曲線法矩形脈沖響應(yīng)曲線法：當(dāng)過(guò)程長(zhǎng)時(shí)間處于較大擾動(dòng)信號(hào)作用下時(shí)，被控量的變化幅度可能超出實(shí)際生產(chǎn)所允許的范圍，它的過(guò)渡過(guò)程與終值均偏離正常操作條件，會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，這時(shí)就可以用矩形脈沖信號(hào)作為過(guò)程的輸入信號(hào)，測(cè)出過(guò)程的矩形脈沖響應(yīng)曲線。2矩形脈沖響應(yīng)曲線及其轉(zhuǎn)換2矩

6、形脈沖響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線方法： 2三、由階躍響應(yīng)曲線確定過(guò)程的傳遞函數(shù)由階躍響應(yīng)曲線確定過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，首先要根據(jù)曲線的形狀，選定模型的結(jié)構(gòu)。只要能由階躍響應(yīng)曲線求得放大系數(shù)K0、時(shí)間常熟T0、以及滯后時(shí)間，則過(guò)程的數(shù)學(xué)模型就可以求得了。21、由階躍響應(yīng)曲線確定一階環(huán)節(jié)的特性參數(shù) 22222、由階躍響應(yīng)曲線確定一階加滯后環(huán)節(jié)的特性參數(shù) 222222222222四、最小二乘法建模最小二乘法：是介紹一種過(guò)程離散時(shí)間模型的建模方法；即根據(jù)過(guò)程的輸入、輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)推算出結(jié)構(gòu)模型中的參數(shù)值，它是其中簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法之一。過(guò)程建?；蛘呦到y(tǒng)建模的任務(wù)：1、是確定模型的結(jié)構(gòu)2、是確定模型結(jié)構(gòu)中的參數(shù)值2最小二乘法的目標(biāo)：在獲得過(guò)程或系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)后，求得最佳的參數(shù)值，以使系統(tǒng)方程在最小方差意義上與輸入輸出數(shù)據(jù)相符合，采用實(shí)際觀察值代表模型的輸出。 一、最小二乘法參數(shù)估計(jì)原理2222二、過(guò)程數(shù)學(xué)模型階次n的確定擬合度檢驗(yàn)法：確定擬合度檢驗(yàn)法是一種應(yīng)用較多的以模型合質(zhì)量來(lái)估計(jì)其階次的方法；這種方法是通過(guò)比較不同階次的模型輸出與觀察輸出的擬合質(zhì)量好壞來(lái)確定模型階次的。2具體做法：