过程动态特性建模与分析.ppt
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1、过程动态特性建模与分析,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
2、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,
3、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
4、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
5、制系统的信号流程图,气动调节阀的结构,u(t):控制器输出 ( 420 mA 或 010 mA DC); pc :调节阀气动控制信号( 20100kPa ); 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 = 0 )时,气开阀全关,气关阀全开。,2. 气开/气关的选择原则安全性 * 若无气源时,希望阀全关,则应选择气开阀,如加热炉瓦斯气调节阀;若无气源时,希望阀全开,则应选择气关阀,如加热炉进风蝶阀。,调节阀的气开气
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