過(guò)程控制系統(tǒng)2

1、過(guò)程控制系統(tǒng) 第一章 緒論 第二章 被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 2 3 第三章 單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第四章 串級(jí)控制系統(tǒng) 第五章 前饋及復(fù)合控制系統(tǒng) 第六章 時(shí)間滯后控制系統(tǒng) 第七章 其它過(guò)程控制系統(tǒng) 第八章 過(guò)程控制中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用 11。數(shù)學(xué)模型的有關(guān)概念2-1 概述數(shù)學(xué)模型:指過(guò)程在各輸入量的作用下，其相應(yīng)輸出量變化的函數(shù)關(guān)系數(shù)學(xué)表達(dá)式。干擾:內(nèi)干擾-調(diào)節(jié)器的輸出量u(t)；外干擾-其余非控制的輸入量。通道:輸入量與輸出量間的信號(hào)聯(lián)系。第二章 被控過(guò)程 的數(shù)學(xué)模型 2.2 2.3擾動(dòng)通道-擾動(dòng)作用與被控量間的信號(hào)聯(lián)系。 2。研究并建立數(shù)學(xué)模型的目的(1)、設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)、整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。(2)、

2、指導(dǎo)生產(chǎn)工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)。(3)、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)研究。 (4)、培訓(xùn)運(yùn)行操作人員。3。單輸入-單輸出過(guò)程的常見(jiàn)模型(1)、線(xiàn)性時(shí)間連續(xù)模型(2)、線(xiàn)性時(shí)間離散模型4。有/無(wú)平衡能力的概念(參見(jiàn)圖 1 2 )控制通道-控制作用與被控量間的信號(hào)聯(lián)系；3一、自衡過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 自衡的定義：對(duì)象受到干擾作用后，平衡狀態(tài)被破壞 ，無(wú)須外加任何控制作用，依靠對(duì)象本身自動(dòng)平衡的傾向，逐漸地達(dá)到新的平衡狀態(tài)的性質(zhì)，稱(chēng)為平衡能力。2-2 機(jī)理分析法建模 無(wú)平衡特性：平衡狀態(tài)下，一旦受到破壞，無(wú)法自行重建平衡 自衡率：表示自衡能力 一般希望 大一些，即在很大干擾下，被控變量變化很少過(guò)程演示2-1返回(一)、單容過(guò)程的

3、數(shù)學(xué)模型1、單容過(guò)程的定義：只有一個(gè)容積，一個(gè)容量系數(shù)和一個(gè)時(shí)間常數(shù)5 討論：(1)、靜態(tài)時(shí)，q1=q2=dh/dt=0 ; (2)、當(dāng)q1變化時(shí)h變化 q2變化。在工作點(diǎn)，經(jīng)線(xiàn)性化處理，有其中，R2為閥門(mén)2的阻力，稱(chēng)為液阻或流阻。 2、參量關(guān)系分析q2q263、建立數(shù)學(xué)模型 由式(*)可畫(huà)出框圖如圖所示。即 AsR2H(s)+H(s)=R2Q1(s) , 故 式中，TO=AR2=R2C ,C為容量系數(shù)(或容量)。由式(2-6)和式(2-7)，有1 (1)、容量C 含義：生產(chǎn)設(shè)備和傳輸管路都具有一定的儲(chǔ)蓄物質(zhì)或能量的能力。被控對(duì)象儲(chǔ)存能力的大小，稱(chēng)為容量或容量系數(shù)，其意義是：引起單位被控量變化

4、時(shí)，被控過(guò)程儲(chǔ)存量變化量。4、容量和阻力的概念返回2-2h8 1、純滯后的概念 純滯后是普遍存在的，如下頁(yè)圖所示。 種類(lèi)：有電容、熱容、氣容、液容等等。 (2)、阻力 概念：凡是物質(zhì)或能量的轉(zhuǎn)移，都要克服阻力，阻力的大小決定于不同的勢(shì)頭和流率。 種類(lèi)：電阻、熱阻、氣阻、流(液)阻。2、數(shù)學(xué)模型(二)、具有純滯后單容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型9純滯后單容過(guò)程及其響應(yīng)曲線(xiàn)2-3無(wú)純滯后有純滯后10(三)、多容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 1、相互無(wú)影響自衡雙容過(guò)程是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的，如下兩圖。11（1） 根據(jù)自衡對(duì)象特性，可直接寫(xiě)出水槽特性 1)水槽1：A1 S H1(S)=Qi(S)-Q1(S) H1 (S) 1/R1=

5、 Q1(S) 2)水槽2： A2 S H2(S)=Q1(S)-Q2(S) H2(S) 1/R2= Q2(S)（2）根據(jù)上述式子可以畫(huà)出方框圖 123、求取 H1(S) / Qi(S ， H2(S) / Qi(S）132、相互影響的雙容過(guò) 程1415求 H1(S) / Qi(S）1）列方程式 h1-h2/R1=Q1 A1dh1/dt=Qi-Q1 A2dh2/dt=Q1-Q2 h2/R2=Q22)畫(huà)方框圖163）傳函結(jié)論：1）同無(wú)相互影響的雙容過(guò) 程相比H1(S) / Qi(S）為二階環(huán)節(jié) 2） H2(S) / Qi(S）為二階環(huán)節(jié)，但分母多一項(xiàng)a1R2， a1R2 的大小直接反應(yīng)“影響”程度17

6、2-5三容過(guò)程182、三容過(guò)程的微分方程模型: 如式(2-10)193、三容過(guò)程的方框圖由式(2-10)的拉氏變換，可得圖2-6。4、三容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型由圖2-6，應(yīng)用自控理論即可獲得其模型。20二、無(wú)自衡過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 無(wú)自衡過(guò)程的概念：如下圖。21(一)、單容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 1、參量關(guān)系分析 在自衡過(guò)程下，有圖2-8AQoQiQi22而在無(wú)自衡過(guò)程(圖2-8)下，因Qo=0，故 2、傳遞函數(shù)結(jié)論：無(wú)自衡對(duì)象為一積分環(huán)節(jié) Qi=Q0 時(shí)，無(wú)控制 時(shí) 將會(huì)溢出或抽干二容、三容過(guò)程形式：如圖2-9、圖2-10所示。(二)、多容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型242-1025（4 ）、具有反向響應(yīng)過(guò)程1、反向響應(yīng)過(guò)

7、程：某些過(guò)程其階躍響應(yīng)初始 情況與最終情況響應(yīng)相反2、實(shí)際工業(yè)對(duì)象3、傳遞函數(shù)典型假水位現(xiàn)象26但在一般情況下，熱量平衡影響相互很小，鍋爐汽包水位可視覺(jué)為積分環(huán)節(jié)27對(duì)正常生產(chǎn)影響小。轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)的方法如下圖。一、響應(yīng)曲線(xiàn)法 問(wèn)題的提出：大多數(shù)工業(yè)過(guò)程的機(jī)理模型是很難建立的，只有采用實(shí)驗(yàn)建模。是一種時(shí)域法辨識(shí)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性的方法。(一)、階躍擾動(dòng)法測(cè)定對(duì)象的響應(yīng)曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)往往會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)造成影響。(二)、矩形脈沖法測(cè)定對(duì)象的響應(yīng)曲線(xiàn) 2-3 試驗(yàn)法建模 -過(guò)程辨識(shí)2-1129 將矩形脈沖看成正負(fù)兩個(gè)等幅的階躍信號(hào)，據(jù)此而得到輸出的階躍響應(yīng)。即轉(zhuǎn)換的思路是： x(t)=x1 (t)+ x2(t) (見(jiàn)圖2-11上) =x1 (t)- x1(t-a) (2-20)則 y*(t)=y(t)-y(t-a)或 y(t)= y*(t)y(t-a) (2-21) 用式(2-21)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過(guò)程如圖2-11中部(有自衡過(guò)程)和下部(無(wú)自衡過(guò)程)。 30 (三)、由階躍響應(yīng)曲線(xiàn)確定過(guò)程的傳遞函數(shù)(1)、放大系數(shù)(2)、時(shí)間常數(shù)a、切線(xiàn)法：如右圖。圖2-12階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 1、確定一階慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)31圖2-14(2)、圖