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文档简介

1、2 基于过程动力学的机理建模,1,概要,控制系统的组成 单回路控制系统的描述 简单被控过程的机理建模方法 广义对象的概念及其动态测试,2,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,3,液位控制反馈控制,4,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？,5,一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。,6,方块图的注意事项,正确的画法,不正确的画法,7,课堂练习,问题：画出热交换器温度控制系统的方块图。,8,被控对象动态建模方法,机理建模

2、 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。,9,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。,10,

3、对象机理建模举例#1,物料平衡方程：,流体运动方程：,11,对象机理建模举例#1(续),线性化：,12,一阶过程的描述,一阶过程通常的描述方式为：,过程增益K,时间常数T,13,#1举例的simulink仿真,无振荡的自衡过程,K反映了输出变化的幅度,14,#1举例的simulink仿真（续）,时间常数T反映了输出变化的快慢,15,工程中常见的一阶对象,16,对象机理建模举例#2,物料平衡方程：,流体运动方程：,17,#2举例的simulink仿真,无振荡的自衡过程,18,高阶过程,19,工程上常见的二阶过程,20,机理建模举例#3,物料平衡方程：,无振荡的非自衡过程,21,工业过程控制对象的

4、特点,除液位对象外的大多数被控对象本身是稳定自衡对象； 对象动态特性存在不同程度的纯迟延； 对象的阶跃响应通常为单调曲线，除流量对象外的被调量的变化相对缓慢； 被控对象往往具有非线性、不确定性与时变等特性。,22,SimuLink的使用介绍,熟悉与掌握系统所提供的SimuLink常用模块，如输入信号、输出显示、传递函数模块、常用数学函数等； 掌握SimuLink运行数据与Matlab数据平台的联结，以及Matlab常用的作图方法； 掌握子系统的封装技术；,23,“广义对象”的概念,特点：（1）使控制系统的设计与分析简化； （2）广义对象的输入输出通常可测量，以便于 测试其动态特性； （3）只关心某些特定的输入输出变量。,24,广义对象的描述,可用一阶加纯滞后模型来描述广义对象：,25,结 论,介绍了简单被控过

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