过程控制与自动化仪表-第四章-解析法建模选编课件.ppt
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1、被控过程数学模型,有/无自衡特性,被控过程的特性,当原来处于平衡状态的过程出现干扰时,其输出量在无人或无控制装置的干预下,能够自动恢复到原来或新的平衡状态,则称该过程具有自衡特性,否则,该过程则被认为无自衡特性。,工业生产过程一般都具有储存物料或能量的能力,其储存能力的大小称为容量。所谓单容过程是指只有一个储存容积的过程。当被控过程由多个容积组成时,则称为多容过程。,单/双容特性,有自衡,被控过程的特性,一阶惯性环节,二阶惯性环节,无自衡,被控过程的特性,一阶积分环节,二阶积分环节,振荡与非振荡特性,被控过程的特性,在阶跃输入作用下,输出会出现多种形式。,反向特性,被控过程的特性,对过程施加一
2、阶跃输入信号,若在开始一段时间内,过程的输出先降后升或先升后降,即出现相反的变化方向,则称其为具有反向特性的被控过程。,在锅炉燃烧-给水系统中,锅炉汽包水位的变化过程即为典型的反向特性过程。,反向特性,被控过程的特性,(1)当供给锅炉的冷水量有一个阶跃增加而在燃料供热与蒸汽负荷均不变的条件下,一方面,汽包内水的沸腾会突然减弱,蒸发率降低。由于汽包中的水位是由上升的气泡流托起的,锅炉蒸发率降低会导致部分气泡的溃灭,于是汽包中水位下降,其响应呈反向一阶惯性特性。,反向特性,被控过程的特性,(2)另一方面,由于进水量大于蒸汽负荷量,又使水位逐渐上升,其响应呈现出正向积分特性。,1、机理演绎法(解析法
3、),过程建模方法,根据被控过程的内部机理,运用已知的静态或动态平衡关系,用数学解析的方法求取被控过程的数学模型。,静态平衡:单位时间内进入被控过程的物料或能量应等于单位时间内从被控过程流出的物料或能量;,动态平衡:单位时间内进入被控过程的物料或能量与单位时间内从被控过程流出的物料或能量之差应等于存储量的变化率;,解析法优点:在过程控制系统尚未设计之前即可推导起数学模型,对过程控制系统的方案论证和设计工作比较有利。,2、试验辨识法,过程建模方法,先给被控过程人为地施加一个输入作用,然后记录过程的输出变化量,得到一系列试验数据或曲线,最后再根据输入输出试验数据确定其模型的结构(包括模型形式、阶次与
4、纯滞后时间等)与模型的参数。,单容过程,解析法建模,例1:某单容液位过程,如右图。储罐中液位h为被控参数,流入储罐的体积流量q1为输入量,流出储罐的体积流量q2为中间变量,其大小与阀门2及h有关,设A为储罐横截面积,R2为阀2的液阻,试确定q1与h之间的数学关系?,单容过程,解析法建模,在有些被控过程中,还经常存在纯滞后问题,如物料的皮带输送过程,管道输送过程等。,单容过程,解析法建模,例2:将阀2换成定量泵,使输出流量在任何情况下都与液位h的大小无关,试求q1与h之间的数学关系?,课堂练习,解析法建模,1)求该过程输入q1与h的微分方程。2)求该过程输入q1与h的传递函数。,课堂练习,解析法
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