PPT《过程动态特性建模与分析》

过程动态特性建模与分析 于玲浙江大学控制系2014/02/24 课程的参考资料 联系方式:

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邮箱:[email protected] 考核说明 基本原则:平时成绩 60%+期末考试40%.平时成绩包括以下部分:课堂提问与课堂测试, 25%用以检验学生预习、复习情况,学生讲课与研讨课表现, 15%以小组为单位,针对某些控制问题提出控制方案,由教师随机选择某组员进行讲解;

其他同学参与讨论,并评分.平时作业与仿真报告,20% 概要 过程特性分类简单被控过程的机理建模方法调节阀的选择原则广义对象的概念测试法建模 一般的反馈控制系统 被控过程动态特性的重要性 不同的被控过程具有不同的特性很难改变被控过程,很容易改变控制器控制工程师能做的就是调整控制器使其适合被控过程对于某一被控过程,最适合其特性的控制器是最好的控制器. 被控过程的分类 自衡过程/稳定对象(1) 纯滞后过程(2)单容过程(3) 多容过程非自衡过程例如:某些液位对象与某些放热反应器 被控过程举例#1 被控过程举例#2 被控过程举例#3 该被控过程是否稳定,为什么 ? 被控过程举例#4 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. 物料平衡方程: 问题讨论:如何采用SimuLink建立被控过程的仿真模型并设置初始运行状态? 出口流量与液位的关系: 建模举例 #1 建模举例 #1 建模举例 #1 物料平衡方程: 流体运动方程: 建模举例 #1 线性化: 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 一阶过程的仿真 无振荡的自衡过程 K反映了输出变化的幅度 一阶过程的仿真(续) 时间常数T反映了输出变化的快慢 建模举例 #2 物料平衡方程: 流体运动方程: 建模举例 #2 物料平衡方程: 流体运动方程: 二阶过程仿真 无振荡的自衡过程 串联系统 一阶对象的串联系统 课堂练习2――一阶和滞后过程 课堂练习3 课堂练习3――仿真结果 工业过程控制对象的特点 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. 换热器温度控制系统 过程描述与信号流程图 ? 温度控制系统的信号流程图 气动调节阀的结构 u(t):控制器输出 ( 4~20 mA 或0~10 mA DC);

pc :调节阀气动控制信号( 20~100kPa );

l:阀杆相对位置;

f :相对流通面积;

q :受调节阀影响的管路相对流量. 阀门的"气开"与"气关" 1. 气开阀与气关阀 * 气开阀: pc↑→ f↑ ("有气则开") * 气关阀: pc↑→ f↓ ("有气则关") 无气源( pc =