6-项目一学习情境一(任务四)培训讲解.ppt

对象的数学模型，是指对象在各输入量作用下，其响应输出量的变化的函数关系数学表达式。 如微分方程式、微分方程组、传递函数表达或频率特性表达式等。 目前，研究对象数学模型一般有两种方法： 1、对于简单对象，可以根据过程进行的机理和生产设备的具体结构，用分析计算的方法，即通过物料平衡和能量平衡的关系，推导出对象的数学模型； ——解析法 2、对于复杂的对象，通常采用现场实验测定方法来获得。 ——实验法 用解析方法建立对象的数学模型 单容对象：是指只有一个储蓄容积对象。 单容对象的数学模型 有自平衡能力 无自平衡能力 有自衡能力的单容对象的数学模型 案例3 液位对象数学模型 分析： 1、其液体流入量 ，通过改变调节阀1的开度，可以改变其大小。 2、液体流出量 ，它取决于用户的需要，可调节阀门2的开度来加以改变。 3、液位 代表储罐中贮存液体的数量，其变化反应了由于液体流入量与流出量不等而引起储罐中蓄水或泄水的过程。 解：设液位对象的输入量为 ，输出量为液位 。 根据物料平衡的关系，液体流入量与流出量之差应等于储罐中液体贮存量的变化率， 即： 模型参数的意义及影响： T=AR2---------该单容水箱对象的时间常数，反映对象在扰动作用下被控参数变化的快慢程度，即表示对象惯性大小的参数。 K=R2----------该单容水箱对象的放大系数。 液位对象的容量系数C（液容），其物理意义为产生单位液位的变化所需要的被储存液体的变化量。 液阻R不但影响对象的时间常数T，而且影响对象的放大系数K; 容量系数（液阻）C 仅影响对象的时间常数T，不影响对象的放大系数K。 T=AR2 K=R2 案例4 温度对象数学模型 输入量：电加热器供给热量Q1 输出量：电加热炉内热水温度T1 中间量：电加热炉向外散热热量Q2 由能量守恒关系得到： C—热熔，它与液位对象中的A相似，等于每升高1℃所需储存的热量 。 被加热的水要不断的通过保温材料向四周空气散发热量，这个热量可以表示为 在电加热中，热量要通过保温材料向四周空气散发，保温材料对热量的散出是有阻力的，把这个阻力称为热阻。保温材料传热系数愈大，则热阻愈小，散热表面积愈大，则热阻愈小。 T=RC 对象的时间常数 K=R 对象的放大系数 案例5 压力对象数学模型（自修） 案例6 具有纯滞后单容对象的数学模型 。 对象纯滞后，是由于信号的 传输和测量所致 无自衡能力单容对象的数学模型 无自平衡能力是指对象在扰动作用下，平衡状态被破坏后，无操作人员或仪表等预测，依靠对象自身不能回复平衡的能力。 单容对象是指只有一个储蓄容积对象。 案例7 液位对象数据模型 特点：储蓄罐的出水流量采用一只定量（定功率）泵将液体输出，代替了有自衡能力液位对象的切换阀门。 引起的现象： 系统流出量 与液位 无关。 进水量Q1发生变化，直接影响液位h， 而与出水量Q2无关 当流量Q1按增量变化时，液位h按正比方式上升直至液体溢出； 当流量Q1按减量变化时，液位h按正比方式下降直至液体被抽干。 流量Q1的变化与液位h的变化是一个正比例的函数关系，如： 传递函数 纯滞后的传递函数 多容对象的数学模型 多容对象：具有多个容积和阻力构成的被控对象。 以双容对象为例 1、有自衡能力的双容对象数学模型建立 实际生产过程中以多容对象为主要被控对象 案例8 双容水箱液位对象数学模型（液位之间无影响） 进水流量Q1的变化引起液位h1的变化，h1影响了储蓄罐1的出水流量Q2的大小； 出水流量Q2又同时作为储蓄罐2液位对象的输入量，其变化引起液位h2的变化，h2影响了储蓄罐2的出水流量Q3的大小。 该双容对象的输入量为Q1，输出量为h2 1 2 3 4 由2、3、4，得出 对其 求导，得到： 5 6 5、6代入1式，整理得到： 分母因式分解得到： T1 1 1 T2 双容水箱液位对象的数学模型 其 中 常数意义 案例9 双容水箱液位对象数学模型（液位之间相互有影响） 进水流量Q1的变化引起液位h1的变化，h1影响了储蓄罐1的出水流量Q2的大小； 而出水流量Q2的变化不仅受到h1的影响，同时受到h2的影响，其变化量受到两个储蓄罐液位变化的双重影响。 h2的变化影响了储蓄罐2的出水流量Q3的大小。 该双容对象的输入量为Q1，输出量为h2 生产过程控制的设计与运行维护 主讲人：杨润贤 电子信息工程系 项目一 生产过程控制系统 【项目学习目标】 知识目标： （1）了解过程控制系统发展过程、分类 （2）掌握生产过程控制系统的组成、分类、性能指标要求 （3）掌握过程控制系