《过程控制系统》课程PPT教学课件（讲稿）第二章过程动态特性建模与分析

《过程控制系统》第二章 过程动态特性建模与分析

《过程控制系统》第二章 过程动态特性建模与分析

概要 第一章部分内容复习 简单被控过程的机理建模方法 广义对象的概念及其阶跃(或方波)测 试建模法

概要 ◼ 第一章部分内容复习 ◼ 简单被控过程的机理建模方法 ◼ 广义对象的概念及其阶跃（或方波）测 试建模法

控制系统的基本组成 期望值 控制器 末端 传感器 执行器 过程 输入 输出

控制系统的基本组成 过程 末端 执行器 传感器 控制器 输入 输出 期望值

液位控制反馈控制 Q

液位控制反馈控制 LC h hsp Qi Qo

液位控制系统的方块图 问题:指出每一条连接线 所对应的变量信号的物理 h Q“b意义与单位,以及每一个 方块所表示的意义? Q 扰动 液体贮罐 Q() 干扰 通道 设定值:偏差 控制信号 操纵变量 被控变量 h e()、「液位:0(,出水Q0)「控制 h(t 控制器 控制阀 通道 测量值 hn(0) 液位传感 测量变送器

液位控制系统的方块图 问题：指出每一条连接线 所对应的变量信号的物理 意义与单位，以及每一个 方块所表示的意义？ 液位 控制器 设定值 hsp 偏差 e(t) + _ 测量值 hm (t) 干扰 通道 + + 液位传感 测量变送器 出水 控制阀 被控变量 h(t) 控制信号 u(t) 操纵变量 Qo (t) 控制 通道 扰动 Qi (t) 液体贮罐 LC h hsp Qi Qo

般的单回路控制系统 被控对象 扰动D 干扰通道 GD(S) 设定值 y:偏差控制器/制变量 控制 操纵变量 被控变量 执行器q、控制通道 y G. G、(s) G(S) 测量值 测量变送 G(s) 被控变量:温度(T)、压力(P)、流量(F)、液位或料位 (L)、成分与物性等六大参数

一般的单回路控制系统 被控变量：温度(T)、压力(P)、流量(F)、液位或料位 (L)、成分与物性等六大参数。 控制器 Gc (s) 执行器 Gv (s) 控制通道 Gp (s) 测量变送 Gm (s) 设定值 ysp 偏差 e + _ 控制变量 u 操纵变量 q 被控变量 y 测量值 y m 扰动 D 干扰通道 GD (s) + + 被控对象

方块图的注意事项 正确的画法 不正确的画法 X(s) Gs)→Y(s) X2(S) Y(S=G(SX(S) X1(S) G(S) Y(S) X1(s) X2(s) XI()G(s) Y1( X3(S) XI(S=X2(S)-=X3(s) Y2(S) X1(s) X1(s) 中—→X(s) →X3(S) X2(s) X2(S) X1(s)+X2(s)=X3(s) [X1(s)][X2(S)X3(S

方块图的注意事项 X1(s) G(s) Y(s) X2(s) X1(s) G(s) Y1(s) Y2(s) X2(s) X1(s) X3(s) [X1(s)][X2(s)]=X3(s) X(s) G(s) Y(s) X1(s) X2(s) X3(s) X2(s) X1(s) X3(s) X1(s)+X2(s)=X3(s) Y(s)=G(s)X(s) X1(s)=X2(s)=X3(s) 正确的画法 不正确的画法

被控对象动态建模方法 ■机理建模 原理:根据过程的工艺机理,写出各种有关的平衡方程,如物料平衡、 能量平衡等,以及反映流体流动、传热、传质等基本规律的运动方程, 由此获得被控对象的动态数学模型。 特点:概念明确、适用范围宽,要求对该过程机理明确。 测试建模 原理:对过程的输入(包括控制变量与扰动变量)施加一定形式的激 励信号,如阶跃、脉冲信号等,同时记录相关的输入输出数据,再对 这些数据进行处理,由此获得对象的动态模型。 特点:无需深入了解过程机理,但适用范围小,模型准确性有限

被控对象动态建模方法 ◼ 机理建模 原理：根据过程的工艺机理，写出各种有关的平衡方程，如物料平衡、 能量平衡等，以及反映流体流动、传热、传质等基本规律的运动方程， 由此获得被控对象的动态数学模型。 特点：概念明确、适用范围宽，要求对该过程机理明确。 ◼ 测试建模 原理：对过程的输入（包括控制变量与扰动变量）施加一定形式的激 励信号，如阶跃、脉冲信号等，同时记录相关的输入输出数据，再对 这些数据进行处理，由此获得对象的动态模型。 特点：无需深入了解过程机理，但适用范围小，模型准确性有限

机理建模的步骤 ■根据建模的对象和模型使用的目的进行 合理的假设 ■根据过程的内在机理建立数学方程; ■进行自由度分析,保证模型有解 ■简化模型

机理建模的步骤 ◼ 根据建模的对象和模型使用的目的进行 合理的假设 ； ◼ 根据过程的内在机理建立数学方程； ◼ 进行自由度分析，保证模型有解； ◼ 简化模型

对象机理建模举例#1(p.28) 物料平衡方程:A=Q-Q ■流体运动方程:Q=kMH 0=0-9,M=h-h,△Q=Q-90,△Q=Q-Q0 d△h A AQ-△Q

对象机理建模举例#1（p. 28） 0 0 0 0 0 0 , , , = −  = −  = −  = − Q Q h h h Q Q Q Q Q Q i o i i i o o o H Qi Qo A Qi Qo dt dH A = − Qo = k H ◼ 物料平衡方程： ◼ 流体运动方程： i o d h A Q Q dt  =  − 