《化工自动化及仪表》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 过程特性与数学模型

程学钱型

第四章 过程特性与数学模型

过程特性 过程特性定义:指被控过程输入量发生变化时,过程输岀量的变 化规律。 被控过程常见种类 换热器、锅炉、精馏塔、化学反应器、 贮液槽罐、加热炉等 通道被控过程的输入量与输出量之间的信号联系 控制通道---操纵变量至被控变量的信号联系 扰动通道---扰动变量至被控变量的信号联系 扰动变量(输入量) 被控变量(输出量) 操纵变量(输入量)

过程特性 过程特性定义：指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变 化规律。 被控过程常见种类： 换热器、锅炉、精馏塔、化学反应器、 贮液槽罐、加热炉等 扰动变量（输入量） 被控变量（输出量） 操纵变量（输入量） 通道 被控过程的输入量与输出量之间的信号联系 控制通道-----操纵变量至被控变量的信号联系 扰动通道-----扰动变量至被控变量的信号联系

过程特性的类型 多数工业过程的特性可分为下列四种类型: 1.自衡的非振荡过程 2.无自衡的非振荡过程 3.有自衡的振荡过程 4.具有反向特性的过程 (过程特性通常在阶跃信号的作用下的表现)

过程特性的类型 1. 自衡的非振荡过程 2. 无自衡的非振荡过程 3. 有自衡的振荡过程 4. 具有反向特性的过程 多数工业过程的特性可分为下列四种类型： （过程特性通常在阶跃信号的作用下的表现）

过程特性的类型 1自衡的非振荡过程 在阶跃信号的作用下,被控变量C(t)不经振荡,逐渐向新的稳 态值C(∞)靠拢。 自衡的非振荡过程

1.自衡的非振荡过程 在阶跃信号的作用下，被控变量C (t)不经振荡，逐渐向新的稳 态值C(∞)靠拢。 过程特性的类型 C(t) t C(∞) 自衡的非振荡过程

过程特性的类型 例如如图所示的通过阀门阻力排液的液位系统 液位系统 液位变化曲线

过程特性的类型 例如 如图所示的通过阀门阻力排液的液位系统 h Q1 Q2 t t h Q1 液位系统 液位变化曲线

过程特性的类型 2.无自衡的非振荡过程 在阶跃信号的作用下,被控变量C(t)会一直上升或下降, 直到极限值。 (t) 无自衡的非振荡过程

过程特性的类型 2. 无自衡的非振荡过程 在阶跃信号的作用下，被控变量C (t)会一直上升或下降， 直到极限值。 C(t) t 无自衡的非振荡过程

过程特性的类型 3.有自衡的振荡过程 在阶跃信号的作用下,被控变量C(会上下振荡,且振荡的幅值逐 渐减小,最终能趋绉近新的稳态值。有自衡的振荡过程的响应曲线如图所 示。在控制过程中,这类过程不多见,它们的控制也比第一类过程困难 此 t) 有自衡的振荡过程

过程特性的类型 3. 有自衡的振荡过程 在阶跃信号的作用下，被控变量C(t)会上下振荡，且振荡的幅值逐 渐减小，最终能趋近新的稳态值。有自衡的振荡过程的响应曲线如图所 示。在控制过程中，这类过程不多见，它们的控制也比第一类过程困难 一些。 C(t) t 有自衡的振荡过程

过程特性的类型 4.具有反向特性的过程 在阶跃信号的作用下,被控变量C(t)先升后降或先降后升, 即阶跃响应在初始情况与最终情况方向相反。 4t) 汽包 给水 具有反向特性的过程

过程特性的类型 4. 具有反向特性的过程 在阶跃信号的作用下，被控变量C (t)先升后降或先降后升， 即阶跃响应在初始情况与最终情况方向相反。 C(t) t 具有反向特性的过程 汽包 给水 蒸汽 加热室

描述过程特性的参数 1放大系数K 热物料 蒸汽 W 冷物料 a蒸汽加热器系统b温度响应曲线 静态特性参数 △M 数学表达式K △W=K△Q △Q

描述过程特性的参数 1.放大系数K： 冷物料 热物料 蒸汽 Q ΔQ ΔW W t t Q W K   数学表达式 = W = KQ a 蒸汽加热器系统 b 温度响应曲线 静态特性参数

描述过程特性的参数 (2)放大系数K对系统的影响 控制通道 放大系数越大,操纵变量的变化对被控变量的影响就越大,控制作用 对扰动的补偿能力强,有利于克服扰动的影响,养差就越小;反之,放 大系数小,控制作用的影响不显著,被控变量变化缓慢。但放大系数过 大,会使控制作用对被控变量的影响过强,使系统稳定性下降。 扰动通道 当扰动频繁出现且幅度较大时,放大系数大,被控变量的波动就 会很大,使得最大偏差增大;而放大系数小,即使扰动较大,对被 控变量仍然不会产生多大影响

描述过程特性的参数 ⑵ 放大系数K对系统的影响 放大系数越大，操纵变量的变化对被控变量的影响就越大，控制作用 对扰动的补偿能力强，有利于克服扰动的影响，余差就越小；反之，放 大系数小，控制作用的影响不显著，被控变量变化缓慢。但放大系数过 大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统稳定性下降。 控制通道 当扰动频繁出现且幅度较大时，放大系数大，被控变量的波动就 会很大，使得最大偏差增大；而放大系数小，即使扰动较大，对被 控变量仍然不会产生多大影响。 扰动通道