化工仪表与自动化-第二章调节对象的特性全解.ppt

第二章 调节对象的特性§2.1 化工对象的特点及其描述方法 调节效果取决于调节对象（内因）和调节系统（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。 设计调节系统的前提是：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。 对象特性的分类与研究方法 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； 对象的数学模型可以分为静态数学模型和动态数学模型。 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。 系统的动态特性 对象受到干扰作用或调节作用后，被调参数跟随变化规律。 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：系统的主要被调参数、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。 对象动态特性的研究方法 理论分析 根据系统工艺实际过程的数质量关系，分析计算输入量与输出量之间的关系。 实验研究 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。 §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。 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) 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 示例三：二阶对象 由体积守恒可得： (Q1-Q12)dt=A1dh1 (Q12-Q2)dt=A2dh2 由此可得： R2 Q1=h2+(A1 R2 +A2 R2 )(dh2/dt) + A1 R2 A2 R2(d2h2/dt2) 或: KQ1=h2+(T1 +T2)(dh2/dt) + T1 T2(d2h2/dt2) §2.3 描述对象特性的参数 放大倍数K 在系统稳定条件下，输入量与输出量之间的对应关系——系统的静态特性。 如：h=KQ+C 或 ?h=K ?Q K值越大，系统灵敏度越高。 在实际工艺系统中，通常采用比较K值的方法来选择主要控制参数。当然，由于工艺条件和生产成本的制约，实际上并不一定都选择K值最大的因素作为主控参数。 §2.3 描述对象特性的参数 时间常数T 在一定的输入作用下，被调参数完成其变化所需时间的参数。 当对象受到阶跃输入作用后，被调参数如果保持初始速度变化，达到新的稳定值所须的时间。 由于调节量越大，被调参数的变化越大。随着调节作用的进行，相对调节量变小，被调参数的变化减小。所以，在阶跃输入后，被调参数的实际变化速度是越来越小的。因此，被调参数变化到新的稳定值(与新输入量相对应的输出量)所需的时间实际上应该是无限长。 §2.3 描述对象特性的参数 滞后时间? 在输入参数变化后，有的输出参数不能立即发生变化，而需要等待一段时间才开始产生明显变化，这个时间间隔称为滞后时间。 滞后时间按其产生原因可以分为： 传递滞后：滞后期内无变化——新参数的作用结果还没有传递到输出点； 容积滞后：滞后期内逐步产生微弱变化——新参数的作用结果受到容积量的缓冲。 示例四：一阶对象的放大倍数和时间常数 (Q1-Q2)dt=Adh 其中 Q2?h/Rs 对于任意Q1输入，最终总能形成一定的h，使得： Q1 = Q2?h/Rs 一个Q1对应一个确定的h。 参数Rs实际上决定了稳定液位高度与给料量之间的对应关系——比例系数或放大倍数。 当某一瞬间Q1从a增加/减少到b时，h需要经过一段时间才能从对应的h1增加/减少到h2。时间常数T即用于描述此过程的快慢。 示例五：二阶对象传递滞后与容积滞后 当Q1发生变化后，需要经过时间t1，其新流量才能进入被控系统——传递滞后。 Q1变化后的流量进入被控系统后，首先使h1逐步