化工仪表及自动化第二章调节对象特性.ppt

化工仪表及自动化第二章调节对象特性 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 第二章 过程特性及其数学模型 化工过程的特点及其描述方法 对象特性的实验测取 对象数学模型的建立 描述对象特性的参数 总结；例题 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 §2-1 调节对象特性及其描述 定义：当一个被控对象受到调节作用和干扰作用后，被控参数如何变化，是否变化，变化大小，变化的快慢等。 调节效果 取决于被控对象（内因）和控制系统（外因）两个方面。 (外因只有通过内因起作用，内因是最终效果的决定因素。) 设计控制系统的前提是： 正确掌握工艺系统调节作用（输入）与调节结果（输出）之间的关系——对象的特性。 研究调节对象特性目的：更好掌握工艺条件。使得操作得心应手，降低经济成本。 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 §2-1 调节对象特性及其描述 所谓研究对象的特性，就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系——数学建模. 对象的数学模型：对象特性的数学描述。 通道：对象的输入变量与输出变量的信号联系 干扰通道 ； 调节通道 对象的数学模型可以分为： 静态数学模型 描述的是对象在稳定时（静态）的输入与输出关系； 动态数学模型 描述的是在输入量改变以后，输出量跟随变化的规律； 动态数学模型是更精确的模型，静态数学模型是动态数学模型在对象达到平衡时的特例。 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 系统的动态特性 对象受到干扰作用或调节作用后，操纵变量跟随变化规律。 研究系统动态特性的核心是：寻找系统输入与输出之间的（函数）规律。 系统输入量：干扰作用、调节作用 系统输出量：系统的主要操纵变量、副作用 数学模型的表示方法： 非参量模型：用曲线、图表表示的系统输入与输出量之间的关系； 参量模型：用数学方程式表示的系统输入与输出量之间的关系。 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 对象动态特性的研究方法 理论分析—— 数学描述法 根据系统工艺实际过程的数据关系，分析计算输入量与输出量之间的关系。 实验研究——实验测取法 有些系统的输入与输出之间的关系是比较难以通过计算来获得的。需要在实际系统或实验系统中，通过一组输入来考察输出的跟随变化规律——反映输入与输出关系的经验曲线和经验函数关系。 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 §2.2 对象理论数学模型的建立 一阶对象： 系统输入、输出关系（动态特性）可以用一阶微分方程来表示的控制对象。 积分对象 系统动态特性可以用一阶积分方程来表示的控制对象。 二阶对象： 系统动态特性可以用二阶微分方程来表示的控制对象。 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 §2.2 对象理论数学模型的建立 示例一、一阶对象 由体积守恒可得： (Q1-Q2)dt =Adh 其中：Q2 ? h/Rs RS——局部阻力项 由此可得： RS Q1=h+A Rs (dh/dt) 或: K Q1 =h+T(dh/dt) （一阶常系数微分方程式） h Q1 Q2 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 示例二：积分对象 由体积守恒可得： (Q1-Q2)dt=Adh 其中：Q2=C C——常数 由此可得： Q1= Q2 +A (dh/dt) 或: h=(1/A) ?(Q1-C)dt h Q1 Q2 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 示例三： 二阶对象 由物量守恒定律可得： (Q1 - Q12)dt = A1dh1 (Q12 - Q2)dt = A2dh2 由此可得： R2Q1= h2+(A1R1 +A2R2)(dh2/dt) + A1 R2 A2 R2(d2h2/dt2) 或: KQ1= h2+(T1 +T2)(dh2/dt) + T1 T2(d2h2/dt2) h1 Q1 Q2 h2 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 对象特性的实验测取 一、 实验测取法步骤： 1 . 使系统处于相对稳定 2. 加入阶跃干扰同时记录被调参数变化。 3 .根据记录绘制系统过度曲线。 二、分类： 1. 阶跃反映曲线。 2. 脉冲反映曲线 3. 矩形脉冲反映曲线。 化工仪表及自动化第二章调节对象特性 §2- 3 描述对象特性的参数 假定对象的输入量是具有一定幅值的阶跃作用时，输出量究竟是如何变化的呢？ 实际工作中，常用下面三个物理量来表示对象的特性： 一、放大系数K 二、时间常数T 三、滞后时间t 化工仪表及自动化