第十二讲--过程控制对象的特点及其影响因素.pptVIP

第五章 过程控制对象动态特性及其数学模型 自动化系 唐德东 023tddsohu@ 逸夫科技楼I410 第十二讲 过程控制对象的特点及对象的动态特性 一、基本概念 被控对象：指工业生产过程中的各种装置和设备（加热炉，锅炉等） 被控量：温度，压力，流量，液位，成分，转速等。 控制对象的动态特性：对象在各个输入量发生扰动时，被控量随时间变化的规律。 通道：被控对象输入量与输出量之间的信号联系称为“通道”。 控制通道：控制作用与被控变量之间的信号联系称为控制通道。 干扰通道：干扰作用与被控变量之间的信号联系称为干扰通道。 ●对于简单对象的动态特性，可以根据生产过程机理和生产设备结构用分析计算的方法得出（机理法）。 ●复杂对象，用机理法难以获得精确的数学模型，常常采用现场测试方法来了解对象的动态特性（常用阶跃响应法）。 ①对象通常有物质和能量的流动。 从外部流入对象内部的物质或能量称为流入量。 从对象内部流出的物质或能量称为流出量。 当流入量和流出量保持平衡时，对象处于平衡稳定工况。 ② 对象的被控量变化比较缓慢。 三、 影响对象动态特性的主要结构特征参数 ②阻力R：被控量变化dy时，会引起流量（流入量或流出量）变化dQ，二者比值即为对象的阻力。（液阻，气阻，电阻，热阻等） ③传输距离和延迟 被控量变化的时刻落后于扰动发生的时刻的现象，称为对象的迟延（或滞后）。 物质（或能量）由于传输距离而产生的迟延，称为传输迟延或纯迟延。 小结： 对象具有容量系数，阻力，传输距离，故表现为惯性，自平衡和迟延这三个重要动态特性。 描述对象动态特性的三个特征参数为： 放大系数K，时间常数T，迟延时间τ 四、 具有自平衡能力的对象的动态特性 如果被控对象在扰动作用下，偏离原平衡状态，能够不采用人为干预或控制装置干预的情况下，依靠自身的能力重新恢复平衡状态，那么这样的对象被称为具有自平衡能力的对象。 实质：对象自身具有内部负反馈。 1、 单容对象的动态特性 2、 有纯迟延的单容对象 3、 多容对象的动态特性 五、无自平衡能力对象的动态特性 在阶跃扰动下，对象的原有稳态被破坏，被控量发生变化，而被控量对流出量（或流入量）没有影响，则对象内部没有负反馈作用，这种对象被称为无自平衡能力的对象，只能依靠控制装置的作用才能重新恢复平衡状态。 1、 单容对象的动态特性 2、 多容对象的动态特性 作业 5-5 对象具有纯滞后时 * * 教学目的与要求：理解过程控制对象的基本概念，理解有自平衡能力对象以及无自平衡能力对象的动态特性，能够利用时域法辨识对象的数学模型。 教学重点：时域法辨识对象的数学模型 教学难点：时域法辨识对象的数学模型 控制系统由被控对象，变送器，控制器，执行器组成。 要选择自动控制方案，设计最佳控制系统，确定系统最佳整定参数，必须对被控对象的动态特性进行研究。 被控对象大都是生产中的工艺设备，它是控制系统的重要环节。无论是设计、还是操作控制系统，都需要了解被控对象的特性。 在经典控制理论中，被控对象的特性一般用单输入、输出的数学模型描述。最常用的是传递函数。 传递函数是指用拉氏变换式表示的对象特性。 被控对象 x r (t) x c (t) X c (s) X r (s) W (s) = 二、 过程控制对象的特点 对象通常情况下具有：不振荡，单调，有迟延和惯性。 分为两类： 有自平衡能力的对象和无自平衡能力的对象。 ①容量系数C：指被控量变化一个单位量时，所需对象物质或能量储存量的改变量。是反应被控对象惯性的量。 Kr:传热系数 单容对象：只有一个集中容积对象双容或多容对象：两个或两个以上容积 由于对象具有容量系数、阻力和传输距离，在动态过程表现为惯性、自平衡和延迟，相应有三个特征参数：K、T、 初始时刻 对象处于平衡状态 增大控制阀开度后，流入量成比例增加 水位增加，阀2两侧压力增加，流出量增加 Q1-Q2逐渐减小，h上升速度减慢，至Q1=Q2，系统达到新平衡 假定某一时刻，阀门1突然开大?μ1 ， 则Q1突然增大，不再等于Q2，于是 h也就开始变化。 Q1与Q2之差被囤积在水槽中，造成液位上升。 （ ?Ql - ? Q2 ）/ A = d?h / dt h0 阀门1 阀门2 Q10 Q20 ?h ? Q1 = Kμ?μ1 即 解得 写成标准形式 令：T = ARs ——时间常数； K = KμRs——放大倍数。 进行拉氏变换 TS H(S) + H(