被控过程的数学模型ppt课件.ppt

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1、思考题1、过程控制系统的组成2、干扰和扰动的概念3、过程控制系统按结构如何分类4、按设定值如何分类5、过程控制单项性能指标有哪些？分别表征什么特性1过程控制ProcessControl上篇过程控制系统第2章被控过程的数学模型2本章要点◇被控过程数学模型的概念◇被控过程的特性◇数学模型的类型及构建方法本章学习目标◇掌握过程建模的基本概念◇理解被控过程机理建模的方法与步骤◇了解被控过程的自衡与非自衡特性◇熟悉单容过程和多容过程阶跃响应曲线及解析表达式◇熟练掌握阶跃响应曲线法建立过程数学模型的步骤与方法3第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念2.2机理法建模2.3实验法建模4

2、2.1过程建模的基本概念2.1.1被控过程的数学模型及其作用第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念定义：是描述被控过程在输入（控制输入，扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。静态数学模型（输入、输出变量达到平稳状态下的数学关系），常用代数方程表示。动态数学模型（输入、输出之间的动态关系或输出在输入影响下的变化过程），常用微分方程来表示。我们更关注对象的动态特性，被控对象动态特性的数学模型是表示其输入变量（控制变量和扰动量）和输出变量（被控参数）之间动态关系的数学描述。因为强调了“动态”关系，变量是随时间变化的，所以模型跟时间有关，是微分方程或者差分

3、方程。52.1过程建模的基本概念2.1.1被控过程的数学模型及其作用通道--过程的输入变量至输出变量的信号联系控制通道--控制作用至输出变量的信号联系干扰通道--干扰作用至输出变量的信号联系过程的数学模型静态数学模型动态数学模型第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念6第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念过程控制系统方框图调节器的输出量u为控制作用，常称为过程的基本扰动或内部扰动。其他的输入量则称为扰动作用，统称为外部扰动。7被控过程的数学模型在过程控制中的作用控制系统设计的基础调节器参数整定的重要依据仿真或研究、开发新型控制策略的必要条件指导生产工艺及其设备

4、的设计与操作指导工业过程故障检测与诊断系统的设计第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念选择控制通道、确定控制方案、选择控制规律、分析质量指标系统投运、参数整定8小常识：在过程控制中实际应用的动态数学模型，其传递函数的阶次一般不高于三阶。有时可用具有时滞的二阶形式，最常用的是具有时滞的一阶形式。第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念表2.1被控过程数学模型的应用与要求应用目的过程模型类型精度要求调节器参数整定线性、参数（或非参数）、时间连续低前馈、解耦、预估系统设计线性、参数（或非参数）、时间连续中等控制系统的计算机辅助设计线性、参数（或非参数）、时间离散中等自

5、适应控制线性、参数、时间离散中等最优控制线性、参数、时间离散或连续高9依据过程特性的不同分为（1）有自衡过程和无自衡过程当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或无控制装置的干预下，能够自动恢复到原来或新的平衡状态，则称该过程具有自衡特性，否则，该过程则被认为无自衡特性。2.1.2被控过程的动态特性第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念1.被控过程的特性10无自衡过程及其阶跃响应曲线具有自衡特性的过程及其响应曲线第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念扰动后，平衡状态被破坏，过程输出一直上升或下降，依靠自身能力不能恢复平衡的过程11自衡特性传递函数的典

6、型形式一阶惯性环节二阶惯性环节二阶惯性+纯滞后环节一阶惯性+纯滞后环节无自衡特性传递函数的典型形式一阶环节二阶环节二阶+纯滞后环节一阶+纯滞后环节第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念12（2）单容过程与多容过程工业生产过程一般都具有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——只有一个储存容积的过程。多容过程——被控过程由多个容积组成。第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念13（3）有自衡的振荡过程在阶跃输入作用下，过程输出会上下振荡衰减振荡的传递函数为第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念在过程控制中，这类过程不多见，其控制难度相对

7、较大。14（4）具有反向特性的过程对过程施加一阶跃输入信号，若在开始一段时间内，过程的输出先降后升或先升后降，即出现相反的变化方向，则称其为具有反向特性的被控过程。第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念具有反向特性的过程响应曲线特征：这类过程具有S右半平面的零点（正零点）。15反向特性的对象对象模型表示为两个环节的差自衡反向特性无自衡反向特性请课后用Matlab看其阶跃响应16第2章被控过程的数学模型2.1过程建模的基本概念具有反向特性的过程锅炉汽包水位在负荷变化下的响