过程装备控制基础.docx

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1、过程装备控制基础2.1被控对象的特性被控对象的特性就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出量随时间变化规律,对一个控对象来说其输出变量就是控制系统的被控变量，而输入变量则是控制系统的操纵变量和干扰作用。通道：被控对象输入变量和输出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。2.1.1被控对象的数学描述根据被控对象的特点，利用有关的定理、定律建立相应的微分方程，得到被控变量的数学表示式。下面以水槽液位对象为例，分析被控对象的数学描述式。（1）单容液位对象有自衡特性

2、的单容对象输出变量为液位H，水槽流入量，水槽流出量qv2。q/1、qv2均为体积流量。qM-qv2dVdtV二AH，A为水槽的横截面积。所以dVdtdHdtpl/静态情况，一一=0,-qv2=°；qv1变化、液位H将随之变化，水槽出口的静压随之变化，流出dt量亦发生变化，认为流出量qv2与液位H成正比关系，而与出水阀的水阻在讨论被控对象的特性时，所研究的是未受任何人为控制的被控对象,为常数。Rs成反比关系：即qv2所以出水阀开度不变，H。Rs阻力民由此可得令T=ARs，K=Rs，得HdtdtH二Kqvi该微分方程是一个一阶常系数微分方程式。通常

3、将这样的被控对象叫做一阶被控对象，当输入流量为时，液位高度保持不变,T称为时间常数，K称为被控对象的放大系数。H=H°=尬。当输入流量为qvi「Svi时，液位高度随时间变化，符合以上微分方程。因为H二H°•，所以dtdt由此可得d：.HTHo.：H=Kqv’•:附dt11所以d.HTH二K.qdt1解得AH=KAqv」1—eP土JT)当t—；•「时，厶h=K.gvi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，还常常高有自动报警系统。（2）双容液位对象双容水槽是两个串

4、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，图见P18水槽1的动态平衡关系：水槽2变化量极小时，水流出量与液位的关系近似为:将上两式代入2并求微分后，经整理得到：将上式代入3整理得这样的控制对象叫做二阶被控对象2.1.2被控制地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重新达到平衡状态的办输出变化量与输入变化量之比。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在相输入变化

5、量作用下，被控对象的K越大，输出变化量就越大，即输入地输出的影响越大，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。线性对象：K在任何输入变化情况下都有是常灵敏的被控对象称为线性对象。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

6、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容光焕发量滞后两种传递滞后T: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T表示。容量滞后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

7、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=T+T。分析并理解滞后时间对窑通道，干扰通道的影响作用。2.1.3对象特性的实验测定对象特性的两种求取方法:一种是从工艺过程的弯机理出发，写出各有关的平衡议程，进而且领导出被控数学模型，得出其特性参数，再结合实际进行理论分析，就是所谓数学方法；另一种是通过对被控对象实验测试求出其特性参数，即所谓的实验测定法。在工程上常用实验方法测定对象的动态特性，原因如下:（3点）

8、1对象的动态特性虽可运用流动、蒸发、化学反应、传热、吸引等特理化学基础理论来推导求解，但由于具体对象的物理化学过程是复杂的，在数学推导过