过程装备控制基础.ppt

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1、第二章过程装备控制基础2.1被控对象的特性1、被控对象的特性定义：当被控对象的输入变量发生变化时,其输出量随时间的变化规律,说明：对被控对象,输出变量是系统的被控变量,输入变量是操纵变量和干扰作用。*通道：变量和变量之间的联系称为通道。控制通道：操纵变量与被控变量之间的联系称为控制通道。*干扰通道：干扰作用与被控变量之间的联系称为干扰通道。第9章数字控制器的设计说明：1.数字控制器连续化设计及PID算法、改进、整定（***）；2.纯滞后对象的常见控制方法）（**）；3.模糊控制器的基本结构与应用设计（**）；原因：控制器

2、是控制系统的核心，类似于一般仪表控制的控制器，计算机应用一般称为算法。设计方法：1.连续化设计；2.离散化设计（略）；9.1数字控制器的连续化设计**基本思想：1.把整个系统看为连续系统的设计，得到连续控制器；2.采用近似法把连续控制器离散为数字控制器；3.用某种语言编程后由计算机实现数字控制器；4.校验。；偏差控制量控制输出干扰测量值图1.2闭环控制系统9.1数字控制器的连续化设计**基本思想：1.把整个系统看为连续系统的设计，得到连续控制器；2.采用近似法把连续控制器离散为数字控制器；3.用某种语言编程后由计算机实

3、现数字控制器；4.校验。控制器执行机构被控对象传感器设定值被控量2.1.1被控对象的数学描述根据被控对象的特点，1、分清输入/出；2、依据定律建立相应的微分方程；3、消除中间变量；4、整理得被控变量的数学表示式。分析水槽液位被控对象的数学描述式。（1）单容液位对象有自衡特性的单容对象，输出变量为液位H，水槽流入量为，水槽流出量，两者均为体积流量。则有其中A为水槽的横截面积。所以有，如果静态情况，。变化、液位H将随之变化，水槽出口的静压随之变化，流出量亦发生变化，认为流出量与液位H成正比关系，而与出水阀的水阻成反比关系：即。令

4、该微分方程是一个一阶常系数微分方程式。通常将这样的被控对象叫做一阶被控对象，T称为时间常数，K称为被控对象的放大系数。当输入流量为时，液位高度保持不变，当输入流量为时，液位高度随时间变化，符合以上微分方程。因为所以由此可得所以当无自衡特性的单容对象其流量由泵控制，则该控制系统具有无自衡特性，泵的出口流量不随液位变化而变化。这类被控对象除必须施加控制外，还常常有自动报警系统。（2）双容液位对象双容水槽是两个串联在一起的水槽，它们之间的连接管具有阻力，因此两者液位不同，水槽1的动态平衡关系：水槽2动态平衡关系列写物料守恒方程：两

5、式相加整理得,如果变化量极小则有2.1.2被控对象的特性参数描绘被控对象特性的参数有放大系数K，时间常数T和滞后时间T（1）放大系数K放大系数又称静态增益,是被控对象重新达到平衡状态的输出变化量与输入变化量之比。（单位阶跃图说明）放大系数的几个一般性结论：1、放大系数K表达了被控对象在干扰作用下重新达到平衡的性能，是不随时间变化的参数，K是被控对象的静态特性参数。2、在一定输入变化量作用下，被控对象的K越大，输出变化量就越大，即输入对输出的影响越大，被控对象的自身稳定性就越差；反之，K越小，被控对象的稳定性就越好。3、线性对

6、象：K在任何输入变化情况下都有是常数的被控对象称为线性对象。4、非线性对象：输入不同的变化量其放大系数不为常数的被控对象称为非线性对象。（2）时间常数时间常数反映了被控对象受到输入作用后，输出变量达到新稳态值的快慢，它决定了整个动态过程长短。它是被对象的动态特性参数。处于不同通道的时间常数的对控制系统的影响是不一样的。加以分析理解。（3）滞后时间滞后现象：被控对象受到输入变量作用后，其被控变量并不立即发生变化，而是过一段时间方发生变化，这种现象叫滞后现象。滞后时间性是描绘滞后现象的动态参数。根据滞后性质的不同可分为传递滞后和

7、容量滞后两种传递滞后τ0：又叫纯滞后，是由于信号的传输，介质的输送或热的传递要经过一段时间而且产生的常用τ0表示。容量滞后τc;T：一般是由于物料或能量的传递过程中受到一定的阻力而且引起的，或者说是由于容量数目多而产生的。一般用容量滞后时间T来表征其滞后的程度，其主要特征是当输入阶跃作用后，被控对象的输出就是开始变化很慢，然后逐渐加快，接着又慢，直至逐渐接近稳定值。容量滞后时间T就是在响应曲线的拐点处切线，切线与时间轴的交点。与被控变量开始变化的起点之间的时间的隔就是容量滞后时间T传递滞后和容量滞后的本质是不同的，但实际上很

8、维区分，当两者同时存在时，通常反这两种滞后时间加在一起，统称为滞后时间性，用T表示，即T=τc+τ0。分析并理解滞后时间对调节通道，干扰通道的影响作用。2.2单回路控制系统单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控对象，一个检测元件及变送器，一个调节器和一个招待器所构成的闭合系统，优点