08化工本科教案2.ppt

知识回顾 2　过程特性 调节对象的特性对调节质量的影响很大,是确定调节方案的主要依据;只有先了解对象的特性,即内在规律,才能根据工艺对调节质量的要求,设计合理的调节系统。 2.1　过程特性的类型 控制通道特性和扰动通道特性 建模方法 1、机理建模 机理建模步骤 1、确定输入、输出 2、根据内在机理，确定支配输　　　　 入参数和输出参数的内部关系　　　　的规律 3、消去中间变量，得到只有输入和输出的微分方程式。 练习：RC串联电路 ei为输入参数,e0为输出参数,根据基尔霍夫定律可得: 2.3　过程特性的一般分析 描述对象特性的参数： 放大系数 时间常数 滞后时间 放大系数K 所谓放大系数是指系统的输出变化量与输入变化量之间的比值。分为控制通道放大系数K0和干扰通道放大系数Kf 时间常数T 时间常数T 所谓时间常数T是指在阶跃输入作用下，对象的输出变量保持初始变化速度，达到最终稳态值所需的时间。T的大小反映了被控变量响应速度的快慢。 时间常数T 滞后时间τ 纯滞后和容量滞后 滞后时间τ 在自动控制系统中，滞后的存在对控制是不利的，它会降低控制系统的质量，使最大偏差增大，振荡加剧，控制过程延长。在扰动通道中存在纯滞后对控制无影响，如有容量滞后，则将使扰动的影响趋于缓和，对控制是有利的。 2.4常用实验测定方法 阶跃扰动法 　阶跃响应曲线法是当对象处于稳定状态时，在对象的输入端施加一个幅位已知的阶跃扰动，然后测量和记录输出变量的数值，就可以画出输出变量随时间变化的曲线。根据这一响应曲曲线进行处理，就可以得到描述对象特性的几个参数。 2.4常用实验测定方法 矩形脉冲扰动法 　矩形脉冲法是当对象处于稳定状态时，在时间t。突然加一幅度为A的阶跃扰动，到t1时突然除去，这时测得输出变量随时间变化的曲线，称为矩形脉冲特性曲线。矩形脉冲信号可以视为两个方向相反、幅值相等的阶跃信号的配加。可根据矩形脉冲特性曲线，用叠加法作图求出完整的阶跃响应曲线，然后就可以按照阶跃响应曲线法进行数据处理，最后得到对象的数学模型。 周期扰动法 统计相关法 * * 第二课 1、自动控制系统的组成及分类 2、过渡过程的概念 3、过渡过程的类型 4、过渡过程的品质指标 所谓过程特性是指被控过程的输入变化时，其输出变量随时间的变化规律。 什么是通道？ 什么是控制通道？ 什么是扰动通道？ 什么是控制通道特性？ 什么是扰动通道特性？ 响应曲线的四种类型 1、自衡的非振荡过程 2、无自平衡的非振荡过程 3、自衡的振荡过程 4、具有反向特性的过程 描述过程输入、输出关系的数学表述式称为数学模型。 2.2　过程的数学描述 1、非参量模型 当数学模型采用曲线或数据表格等表示时，称为非参量模型。 缺点：直接利用它们来进行系统的分析和设计往往比较困难 特点：形象、清晰，比较容易看出其定性的特征 2.2　过程的数学描述 2、参量模型 当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。 对象的参量模型可以用描述对象输入、输出关系的微分方程式、偏微分方程式、状态方程、差分方程等形式来表示。 建模目的 1、控制系统的方案设计 2、控制系统的调试和控制器参数的确定 3、制定工业过程操作优化方案 4、新型控制方案及控制算法的确定 5、计算机仿真与过程培训系统 6、设计工业过程的故障检测与诊断系统 2、实验建模 根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、设备的特性方程、化学反应定律、电路基本定律等，从而获取对象（或过程）的数学模型，这类模型通常称为机理模型。 对象特性的实验测取法，就是在所要研究的对象上，加上一个人为的输入作用（输入量），然后，用仪表测取并记录表征对象特性的物理量（输出量）随时间变化的规律，得到一系列实验数据（或曲线）。这些数据或曲线就可以用来表示对象的特性。 举例：求取以下水槽的数学模型　 解：输入为Q1，输出为h 如果在很短一段时间dt内，由于Ql不等于Q2，引起液位变化了dh，此时．流入和流出水槽的水量之差(Ql—Q2) dt应该等于水槽内增加(或减少)的水量A dh ，用数学式表示: ei为输入参数i为中间变量,且 所以 ： K0反映了操纵变量经过对象后，被放大了多少倍K0值大说明操纵变量对被控变量的影响大，控制作用克服干扰的能力强，有利于克服扰动的影响。 Kf反映了扰动经过对象后，最终被放大了多少倍，Kf值大说明干扰对被控变量的影响大，使被控变量偏离设定值的程度也越大。 T＝RC R：阻力系数 C：容量系数，用来描述储存物料物料或者能量的能力。 对控制通道来说，如T大则使控制作用不及时，最大偏差增大，过渡时间增长，如T小，则控制作用及时，