過程動(dòng)態(tài)特性與建模

過程動(dòng)態(tài)特性與建模第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日內(nèi)容回顧控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的單回路控制系統(tǒng)的組成、方塊圖描述法以及廣義對象的物理意義第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日了解典型工業(yè)過程的動(dòng)態(tài)特性類型；掌握簡單被控過程的機(jī)理建模方法；掌握“廣義對象”概念及其動(dòng)態(tài)特性的典型測試方法（工程建模）。

重點(diǎn)：本章基本要求第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日單回路控制系統(tǒng)組成第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”的概念第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”的特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析簡化；（2）廣義對象的輸入輸出通?？蓽y量， 以便于測試其動(dòng)態(tài)特性；（3）只關(guān)心某些特定的輸入輸出變量。第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”的數(shù)學(xué)模型控制通道的傳遞函數(shù)擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日控制通道的增益對控制品質(zhì)的影響1.Ko增加時(shí)，余差減小，最大偏差減小，控制作用增強(qiáng)。2.Ko增加時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。3.Ko是穩(wěn)態(tài)特性，應(yīng)在不同負(fù)荷、不同工作點(diǎn)保持恒定。4.控制系統(tǒng)穩(wěn)定的前提是KoKc的乘積保持恒定。5.選擇操縱變量時(shí)，應(yīng)使Ko大、穩(wěn)。第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日擾動(dòng)通道的增益對控制品質(zhì)的影響1.Kf常與干擾幅值F的乘積一起考慮。2.KfF的值大，則干擾對控制系統(tǒng)的影響也大。3.可通過增加前饋控制來減小或消除擾動(dòng)的影響。第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日控制通道的時(shí)間常數(shù)對控制品質(zhì)的影響1.常采用與時(shí)間常數(shù)之比來判別。2.當(dāng) 比值固定,影響系統(tǒng)響應(yīng)的快慢。第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日擾動(dòng)通道的時(shí)間常數(shù)對控制品質(zhì)的影響1.大，則擾動(dòng)對輸出的影響慢，有利于克服擾動(dòng)的影響。第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日控制通道時(shí)滯的影響當(dāng)檢測變送環(huán)節(jié)存在時(shí)滯時(shí)，被控變量的變化不能及時(shí)傳送到控制器；當(dāng)被控對象存在時(shí)滯時(shí)，控制作用不能及時(shí)使被控變量變化；當(dāng)執(zhí)行器存在時(shí)滯時(shí)，控制器的信號不能及時(shí)引起操縱變量的變化。因此，開環(huán)傳遞函數(shù)存在時(shí)滯，使控制不及時(shí)，超調(diào)增大，并引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日用τo/To反映時(shí)滯的相對影響。通常，τo/To≤0.3時(shí)，系統(tǒng)尚可用簡單控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)τo/To>0.5時(shí)，應(yīng)采用其他控制方案對該類過程進(jìn)行控制。因此，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)應(yīng)盡量減小時(shí)滯，有時(shí)可增大時(shí)間常數(shù)以減小τo/To?？刂仆ǖ罆r(shí)滯的影響第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日時(shí)滯τf的存在不影響系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)的分布，因此，不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。它僅表示擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的時(shí)間先后，即不影響控制系統(tǒng)控制品質(zhì)。擾動(dòng)通道時(shí)滯的影響第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日深入了解工藝過程，選擇能夠反映工藝過程的被控變量；盡量選用易于測量且關(guān)系簡單的直接質(zhì)量指標(biāo)作為被控變量；

被控變量的選擇原則第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日選擇對被控變量影響較大的操縱變量，即Ko盡量大；選擇對被控變量有較快響應(yīng)的操縱變量，即過程的τo/To應(yīng)盡量??；過程的To/Tf

應(yīng)盡量?。皇惯^程的KfF盡量??；工藝的合理性與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性應(yīng)有機(jī)結(jié)合。操縱變量的選擇原則第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日被控對象動(dòng)態(tài)建模方法

-----機(jī)理建模原理：根據(jù)過程的工藝機(jī)理，寫出各種有關(guān)的平衡方程，如物料平衡、能量平衡等，以及反映流體流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)等基本規(guī)律的運(yùn)動(dòng)方程，由此獲得被控對象的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。特點(diǎn)：概念明確、適用范圍寬，要求對該過程機(jī)理明確。第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日原理：對過程的輸入（包括控制變量與擾動(dòng)變量）施加一定形式的激勵(lì)信號，如階躍、脈沖信號等，同時(shí)記錄相關(guān)的輸入輸出數(shù)據(jù)，再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由此獲得對象的動(dòng)態(tài)模型。特點(diǎn)：無需深入了解過程機(jī)理，但適用范圍小，模型準(zhǔn)確性有限。被控對象動(dòng)態(tài)建模方法

-----測試建模（工程建模）第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日對象機(jī)理建模舉例1 —有自衡過程物料平衡方程：流體運(yùn)動(dòng)方程：第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日對象機(jī)理建模舉例2—多容對象

物料平衡方程：流體運(yùn)動(dòng)方程：第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日機(jī)理建模舉例3—非自衡過程物料平衡方程：第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”的測試建模第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”動(dòng)態(tài)特性的階躍響應(yīng)測試法典型自衡工業(yè)對象的階躍響應(yīng)

對象的近似模型：增益為：[ymin,ymax]為CV的測量范圍；[umin,umax]為MV的變化范圍，對于閥位開度通常用0~100%表示。第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日“廣義對象”動(dòng)態(tài)特性的

矩形脈沖響應(yīng)測試法第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日過程控制廣義對象動(dòng)態(tài)特性分類自衡過程（Self-RegulatingProcesses）

(1)無振蕩的自衡過程

(2)有振蕩的自衡過程非自衡過程（Non-Self-RegulatingProcesses）

(1)無振蕩的非自衡過程

(2)有振蕩的非自衡過程

(3)具有反向特性的非自衡過程第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日無振蕩自衡過程模型第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日無振蕩非自衡過程模型第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日具有反向特性的非自衡過程模型第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日工業(yè)過程控制對象的特點(diǎn)除液位對象外的大多數(shù)被控對象本身是穩(wěn)定自衡對象；對象動(dòng)態(tài)特性存在不同程度的純遲延；對象的階躍響應(yīng)通常為單調(diào)曲線，除流量對象外的被調(diào)量的變化相對緩慢；被控對象往往具有非線性、不確定性與時(shí)變等特性。第二十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日本章小結(jié)1、工業(yè)過程的動(dòng)態(tài)特性類型：自衡過程 (1)無振蕩的自衡過程

(2)有振蕩的自衡過程非自衡過程 (1)無振蕩的非自衡過程

(2)有