過程特性與動態(tài)模型建立.ppt

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1、第二節(jié)過程特性與動態(tài)模型建立一、典型受控過程在實際工業(yè)過程中，受控的過程往往是比較復雜的，其數(shù)學模型一般均為非線性、分布參數(shù)和時變等。在一定條件下可以線性化、集總化以便于分析和設計，而一般的線性系統(tǒng)大部分可由純滯后，單容、雙容這幾種簡單環(huán)節(jié)組成。1、純滯后過程純滯后：當輸入變量改變后，輸出變量并不立即改變，而是要經過一段時間后才反映出來。例1：加熱爐給流體加熱過程Ttr例2：傳送帶傳送物料圖1-2-1重量傳感器對固體流量變化的響應純滯后傳遞函數(shù)：頻率特性：2、單容過程（非振蕩過程）（1）無自衡的單容過程hQiQo圖1-2-2單容過程水槽所容納的流體體積的變化速度=輸入流量-輸出流量即

2、如果儲液罐截面恒定，則：返回（1-2-1）初始條件：h(0)=h0,h’(0)=0,其階躍響應如下QQiQotthh0圖1-2-3相應的拉氏變換：(1-2-2)純積分環(huán)節(jié)：（1-2-3）由（1-2-1）知：Qi=Qoh恒定Qi≠Qoh=Kt+h0t∞h=0,抽干h∞,滿溢無自衡過程就是指當注入貯槽的流量發(fā)生改變時，容積會出現(xiàn)滿溢或抽干的現(xiàn)象，即容積沒有自動恢復平衡的能力。(2)有自衡的單容過程（有自衡的非振蕩過程）將圖1-2-2中的泵改為手動閥門。則Qo和液位h有關，液位與流量的關系式假設系統(tǒng)為定值控制：Qohh為工作點線性化:由（1-2-2）（1-2-4）知（1-2-4）Qi(s)

3、+Qo(s)_H(s)傳遞函數(shù)：h(∞)階躍曲線：1-2-5t有自衡是指當輸入變量發(fā)生改變時，過程能自發(fā)的趨于新的平衡狀態(tài)。h(t)（3）其他單容過程：Kv1Kv2PP1P2R儲氣罐壓力RC電路RC回路：CUiUo3、多容過程由兩個或兩個以上的單容過程組成圖1-2-6（1）無互相影響的雙容系統(tǒng)：QiQ1Q2h1h2R1R2(1-2-5)(1-2-6)(1-2-7)(1-2-8)其中A1，A2分別為罐1，罐2的橫截面積，可看作兩個單容過程簡單的串聯(lián)在一起Qi(s)Q1(s)H1(s)Q2(s)H2(s)方框圖：根據(jù)方框圖得：－－（1-2-9）其中：（2）具有互相影響的雙容過程：QiQ1

4、h1h2R1R2Q2圖1-2-8H2(s)Qi(s)Q2(s)Q1(s)H1(s)+_+_+_方框圖：由方框圖知：(1-2-11)(1-2-10)其中：與無相互影響的雙容過程不同：1、H1對Qi的響應不再是一階過程2、分母中多一項A1R2傳函的特征根：由過阻尼情況，系統(tǒng)是自衡的式(1-2-11)可寫成等效形式：其中：（3）多容過程①對于沒有相互影響的多容過程，由N個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成，系統(tǒng)函數(shù)為：當T1=T2＝T時說明等效的無相互影響過程中一個容積響應變快了，另一個卻變慢了隨著N的增加，時間響應越來越接近于一階加純滯后過程②對于有相互影響的多容過程，也可以等效為由若干個無影響的容積

5、組成的多容過程，可用一階純滯后過程來近似③隨N的增大顯著增加-無影響增加很小-有相互影響說明：一些塔板式精餾塔，萃取塔，吸收塔，氣動傳輸管線呈現(xiàn)有相互影響的多容過程特性具有分布參數(shù)特性的過程4、具有反向特性的過程反向響應：過程的階躍響應在初始的情況和最終情況時方向相反例：一個鍋爐汽包的水位控制汽包水位=水量+汽泡體積該曲線特性是兩個環(huán)節(jié)共同作用的結果圖1-2-11圖1-2-10供給水(1)給水的增加引起汽泡的沸騰減弱，從而水位下降，其傳函：(2)在傳熱量恒定，儲水量隨進水量的增加而增加，其傳函：(3)兩個環(huán)節(jié)共同作用的結果：Y1(s)++Qi(s)Y2(s)Y(s)當k2T1＜k1時

6、，是非最小相位系統(tǒng)。反向響應過程在初期易產生誤操作。即冷水量增加，液位本應是升高的，但由于虛假水位的影響，導致水位看起來是下降的。導致操作者進一步增大冷水的供給量，從而使汽包水位超限5、不穩(wěn)定過程除了無自衡的單容過程外，其他的過程是穩(wěn)定的，另外吸熱反應是穩(wěn)定的，但是也存在不穩(wěn)定的過程。例：放熱反應：溫度，反應速度加快，放熱量，溫度，其內部存在正反饋過程，過程的任意極點都在右平面，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。二、k,T,τ,對控制品質的影響（1）本節(jié)討論的是有自衡的非振蕩過程，三個參數(shù)對控制系統(tǒng)的品質影響（2）對廣義對象而言存在兩個通道：控制通道和擾動通道。F(s)R(s)-E(s)GV(s)Gp

7、(s)GF(s)H(s)Q(s)U(s)Gc(s)Y(s)++通道：由對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系控制通道：控制作用至被控變量的信號聯(lián)系干擾通道：干擾作用至被控變量的信號聯(lián)系GF(s):擾動作用對受控變量的影響G0(s)：控制作用對受控變量的影響-H(s)GV(s)Gp(s)GF(s)Q(s)U(s)F(s)Gc(s)G0(s)Y(s)單容水槽對象K等于對象重新穩(wěn)定后的輸出變化量與輸入變化量之比，則稱K為對象的放大系數(shù)1、K的影響：K稱為靜態(tài)增益，也