化工自动化及仪表第二章ppt课件

1、第二章 过程特性华东理工大学信息学院自动化系.过程：简单控制系统方块图过程特性：需求实现控制的机器、设备或消费过程是指被控过程的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律。支配变量、扰动变量被控变量.研讨过程特性的必要性：为了更好地实施控制.本章内容： 2.1 过程特性的类型2.2 过程的数学描画2.3 过程特性的普通分析2.4 过程特性的实验测定方法.2.1 过程特性的类型通道：扰动通道：控制通道：输入变量对输出变量的作用途径支配变量q(t)对被控变量c(t)的作用途径扰动变量f(t)对被控变量c(t)的作用途径支配变量、扰动变量被控变量.2.1 过程特性的类型对象特性主要经过呼应曲线来

2、呈现控制通道的呼应曲线：当支配变量q(t)做阶跃变化扰动f(t)不变时被控变量的时间特性c(t)扰动通道的呼应曲线：当扰动变量f(t)做阶跃变化控制造用q(t) 不变时被控变量的时间特性c(t).呼应曲线的种类：(在阶跃扰动作用下)有自衡的非振荡过程无自衡的非振荡过程.有自衡的振荡过程具有反向特性的过程.有自衡的非振荡过程如以下图中的液位过程.无自衡的非振荡过程如以下图中的液位过程.2.2 过程的数学描画 要研讨被控过程的特性，就必需知道被控过程的数学模型，也就是对过程的数学描画。数学模型：表示详细过程的输入、输出关系的数学方程式。其方式有：微分方程式、偏微分方程式、形状方程.2.2 过程的数

3、学描画蒸汽加热器建立数学模型的方法：机理建模法、实验测定法能量平衡方程等.由前面的分析略可得：一阶被控过程控制通道的动态方程为：一阶被控过程扰动通道的动态方程为：有纯滞后.其中： 分别为控制通道、扰动通道的时间常数和放大系数； 分别为被控变量增量、支配变量增量和扰动变量增量。.2.3 过程特性的普通分析 描画有自衡非振荡过程的特性参数有放大系数K、时间常数T和时滞。放大系数K(1) 控制通道的放大系数Ko(2) 扰动通道的放大系数Kf.(1) 控制通道的放大系数Ko定义：在扰动变量f(t)不变的情况下，被控变量的变化量c(t)与支配变量的变化量q(t)在时间趋于无穷大时之比. 控制通道的放大系

4、数Ko反映了过程以初始任务点为基准的被控变量与支配变量在过程变化终了时的变化量之间的关系，是一个稳态特性参数。初始任务点：过程原有的稳定形状。消费负荷：过程的消费才干或处置量。.在负荷不变的情况下，蒸汽量不同，到达平衡的出口温度不同；反之，在蒸汽量一样，处置量负荷不同的情况下，到达平衡的出口温度也不同。F.过程的放大系数是变化的，受负荷和任务点的影响。在一样的负荷下， Ko随任务点的增大而减小；在一样的任务点下，Ko随负荷的增大而减小。蒸汽加热器的稳态特性Ko该如何选择呢？.选择Ko的原那么：希望Ko大一些。.(2) 扰动通道的放大系数Kf定义：在支配变量q(t)不变的情况下，过程遭到幅度为f

5、的阶跃扰动作用，过程从原有稳定形状到达新的稳定形状时被控变量的变化量 与扰动幅度f之比。.(2) 扰动通道的放大系数KfKf该如何选择呢？Kf越大，阐明在某一固定的f下，被控变量的变化会大；反之亦然。很显然，希望Kf小。.时间常数T 时间常数T是表征被控变量变化快慢的动态参数。 控制过程中时间常数的概念来源于电工学中时间常数的概念。 在阻容环节的充电过程中，T=RC表征了充电过程的快慢。.定义1：在阶跃外作用下，一个阻容环节的输出变化量完成全部变化量的63.2%所需求的时间,称为该阻容环节的时间常数。定义2：在阶跃外作用下，一个阻容环节的输出变化量坚持初始变化速度，到达新的稳态值所需求的时间。

6、.任何过程都具有储存物料或能量的才干，如过程的容量有热容、液容、气容。因此，可以用过程容量系数C与阻力系数R的乘积来表征过程的时间常数。任何过程在物料或能量的传送过程中，也总是存在着一定的阻力，如热阻、液阻、气阻。.1控制通道时间常数To对控制系统的影响希望To适中在一样的控制造用下，过程的时间常数To越大，To越小，被控变量的变化越缓慢。被控变量的变化越快。. 2扰动通道时间常数Tf 对控制系统的影响希望Tf大过程的时间常数Tf 越大越好相当于对扰动信号进展滤波。对被控变量的影响越小.纯滞后定义：在过程的输入变量发生变化后，输出变量不是立刻变化，而是隔一段时间才开场发生变化，这种景象称为纯滞

7、后时滞景象。具有纯滞后时间的阶跃呼应曲线 定义中的纯滞后包括了两种滞后：纯滞后、容量滞后。 实践工业过程中的纯滞后时间是指纯滞后与容量滞后时间之和.纯滞后o是由于信息的传送需求时间而引起的。物料传输.1能够源于被控变量c(t)至丈量值y(t)的检测通道；2能够源于控制信号u(t)至支配变量q(t)的一侧。.容量滞后是多容量过程的固有特性，是由于物料或能量的传送都会遇到一定的阻力而引起的。容量滞后.1纯滞后对控制通道的影响 希望o小。纯滞后对系统控制过程的影响，是以其与时间常数的比值/T来衡量的。/T(0.50.6)时，需用特殊控制规律。/T较大时，需求在一定程度上降低控制系统的控制目的才可以确

8、保对系统的稳定控制。 的过程较易控制；.2纯滞后对扰动通道的影响 对o无要求。 希望c大。.2.4 过程特性的实验测定方法 过程特性参数可以由过程的数学模型经过求解得到。但是在消费过程中，很多过程的数学模型是不易得到的。 .工程上普通用实验方法来测定过程特性参数。最简便的方法就是直接在原设备或机器中施加一定的扰动，经过对该过程的输出变量进展丈量和记录，然后经过分析整理得到过程特性参数。 .阶跃扰动法反响曲线法 当过程处于稳定形状时，在过程的输入端施加一个幅度知的阶跃扰动，丈量和记录过程输出变量的数值，画出输出变量随时间变化的呼应曲线，根据呼应曲线求得过程特性参数。.放大系数 K=B/A 时间常数 T纯滞后 一阶系统.放大系数K: K=c(t)-c(0)/A 时间常数T: T=2、3之间的间隔纯滞后 : =1、2之间的间隔二阶系统.阶跃扰动法简便易行、且比较直观、所以得到了广泛的运用。但是针对较复杂、扰动要素较多的过程，会影响测试精度；另外