《被控对象》PPT课件

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1、过程控制系统主讲人：钱艳平能源与电气学院2第二讲被控过程建模及分析2.1被控过程特性2.2被控过程建模方法2.3被控过程参数对控制性能的影响3第二讲被控过程建模及分析过程控制中，被控过程多种多样，如锅炉、液体储罐、加热器、压力容器、球磨机……等等形形色色的生产设备。4第二讲被控过程建模及分析如能掌握过程动态特性（即被控过程的数学模型），将为取得良好的过程控制性能打下基础。被控过程的数学模型是指被控过程在输入（控制量或扰动量）作用下，其输出（被控量）随输入变化的定量数学函数关系。常用传递函数表示。52.1被控过程特性2.1.1自衡过程与非自衡过程当扰动发生后，无须外加任何控制作

2、用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。称该类被控过程为自衡过程。当扰动发生后，被控量不断变化，最后不再平衡下来，则该过程无自衡能力，称非自衡过程。62.1被控过程特性2.1.2单容和多容过程被控过程都具有一定储存物料或能量的能力，其储存能力的大小称为容量。单容过程，是指只有一个储蓄容量的过程对象。若被控过程由多个容积构成，则称为多容过程。72.1被控过程特性2.1.2单容和多容过程常见自衡过程单容或多容数学模型：常见非自衡过程单容或多容数学模型：82.1被控过程特性2.1.3特殊过程特性严重的非线性、不稳定过程反向特性过程响应曲线在一段时间内变化方向与其他时间相

3、反。最典型的是锅炉汽包液位的反向特性过程：92.1被控过程特性2.1.4工业中最常见的被控过程实践证明，多数被控过程具有如下特性：1.被控参数的变化往往是不振荡的，单调的，有惯性的；2.存在纯滞后。最常见的数学模型：工业过程中，此类被控过程非常多。许多高阶环节也可化简为一阶惯性加纯滞后环节。102.2被控过程建模方法2.2.1建模所需信息源（1）要确定明确的输入量与输出量通常选一个可控性良好，对输出量影响最大的一个输入信号作为输入量，其余的输入信号则为干扰量。流入量、流出量？输入量、输出量？112.2.1建模所需信息源（2）要有先验知识在建模中，被控对象内部所进行的物理、化学

4、过程符合已经发现的许多定理、原理及模型。在建模中必须掌握建模对象所要用到的先验知识。（3）试验数据过程的信息也能通过对对象的试验与测量而获得。合适的实验数据是验证模型和建模的重要依据。122.2被控过程建模方法2.2.2模型的准确性用于控制的数学模型要求准确可靠，但并非越准确越好，这是因为：（1）准确→复杂→实时性差→影响在线运用（2）闭环控制本身具有一定的鲁棒性，模型的误差可以视为干扰，闭环控制在某种程度上具有自动消除干扰影响的能力。所以——适用性在建立数学模型时，要抓住主要因素，忽略次要因素，需要做很多近似处理，如：线性化、模型降阶处理等。132.2.3两种基本建模方法1

5、、机理法建模根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关的平衡方程：物质平衡方程；能量平衡方程；动量平衡方程以及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程，物性参数方程和某些设备的特性方程等。如RLC电路，遵循基尔霍夫定理如单容水槽，遵循物料平衡关系141.机理法建模(1)单容水槽例子例1：设进水和出水的体积流量分别是和，输出量为液位h，储罐的横截面积为A。试建立该液体储罐的数学模型：151.机理法建模(2)单容积分水槽例子例2：设进水和出水的体积流量分别是和，输出量为液位h，储罐的横截面积为A。流出端采用容积式计量泵。试建立该液体储罐的数学模型：计量泵161.

6、机理法建模(3)具有纯迟延的单容水槽例子例3：与例1不同是进水调节阀距入槽有一段较长的距离。因此该调节阀开度变化所引起的流入量变化，需要经过一段传输时间才能对水槽液位产生影响。纯延迟现象产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。171.机理法建模(4)多容水槽例子例4：181.机理法建模(5)无自衡能力的双容水槽例子例5：计量泵191.机理法建模(6)具有相互作用的双容水槽例子例6：202.2.3两种基本建模方法2、测试法建模无需了解被控过程复杂的内部机理；易于操作，工程上一般采用此法，主要有阶跃响应曲线法和矩形脉冲响应曲线法。需设计合理的试验，以获取最大的

7、输入/输出信息量；但对不允许试验的工艺过程无能为力。212.测试法建模(1)基本概念在被控对象上，人为地加非周期信号后，测定被控对象的响应曲线，然后再根据响应曲线，求出被控对象模型。阶跃输入信号是首选的输入测试信号。建模的任务？222.测试法建模(1)基本概念如何选择传递函数？测试者对被控对象的验前知识本人的经验与标准的一阶、二阶阶跃响应曲线比较选择传递函数阶次的原则低阶数据处理简单，计算量小，但准确程度低高阶数据处理麻烦，计算量大，但拟合精度高232.测试法建模(2)阶跃响应曲线法被控过程必须已处于稳