过程控制工程过程动态特性建模与分析优秀PPT.ppt

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1、过程控制工程过程动态特性建模与分析第一页，本课件共有45页上一讲内容回顾n过程控制工程的研究对象与任务n控制系统的设计目的n单回路控制系统的组成、方块图描述法及方块图中线与方框图的物理意义n过程控制中的常用术语（中英文）n控制系统的主要分类与设计过程第二页，本课件共有45页本章概要n控制系统的组成n单回路控制系统的描述n简单被控过程的机理建模方法n广义对象的概念及其动态测试第三页，本课件共有45页本章基本要求n了解典型工业过程的动态特性类型；n掌握简单被控过程的机理建模方法；n掌握“广义对象”概念及其动态特性的典型测试方法。第四页，本课件共有45页控制系统的基本组成过程末端执行器传感器控制器输

2、入输出期望值第五页，本课件共有45页液位控制反馈控制第六页，本课件共有45页液位控制系统的方框图问题：指出每一条连接线所对应的变量信号的物理意义与单位，以及每一个方块所表示的意义？第七页，本课件共有45页一般的单回路控制系统被控变量被控变量：温度(T)、压力(P)、流量(F)、液位或料位(L)、成分与物性等六大参数。第八页，本课件共有45页方块图的注意事项正确的画法不正确的画法第九页，本课件共有45页2.1 建模目的和方法n建立被控对象数学模型的目的n进行工业过程优化操作n控制系统方案的设计和仿真研究n控制系统的调试和控制器参数整定n作为模型预测控制等先进控制方法的数学模型n工业过程的故障检测

3、与诊断n设备启动与停车的操作方案n操作人员的培训系统第十一页，本课件共有45页被控对象动态建模方法n机理建模原理原理：根据过程的工艺机理，写出各种有关的平衡方程，如物料平衡、能量平衡等，以及反映流体流动、传热、传质等基本规律的运动方程，由此获得被控对象的动态数学模型。特点特点：概念明确、适用范围宽，要求对该过程机理明确。n测试建模原理原理：对过程的输入（包括控制变量与扰动变量）施加一定形式的激励信号，如阶跃、脉冲信号等，同时记录相关的输入输出数据，再对这些数据进行处理，由此获得对象的动态模型。特点特点：无需深入了解过程机理，但适用范围小，模型准确性有限。第十二页，本课件共有45页2.2 机理建

4、模的步骤n根据建模的对象和模型使用的目的进行合理的假设；n根据过程的内在机理建立数学方程；n进行自由度分析，保证模型有解；n简化模型。第十三页，本课件共有45页对象机理建模举例#1（p.20）n 物料平衡方程物料平衡方程：n 流体运动方程流体运动方程：第十四页，本课件共有45页对象机理建模举例#1(续)线性化：第十五页，本课件共有45页一阶过程的描述n一阶过程通常的描述方式为：过程增益K时间常数T第十六页，本课件共有45页#1举例的simulink仿真K反映了输出变化的幅度第十七页，本课件共有45页无振荡的自衡过程第十八页，本课件共有45页#1举例的simulink仿真（续）时间常数T反映了输

5、出变化的快慢第十九页，本课件共有45页工程中常见的一阶对象第二十页，本课件共有45页对象机理建模举例#2n 物料平衡方程物料平衡方程：n 流体运动方程流体运动方程：第二十一页，本课件共有45页#2举例的simulink仿真无振荡的自衡过程第二十二页，本课件共有45页无振荡的自衡过程第二十三页，本课件共有45页高阶过程第二十四页，本课件共有45页工程上常见的二阶过程第二十五页，本课件共有45页机理建模举例#3物料平衡方程：无振荡的非自衡过程第二十六页，本课件共有45页无振荡的非自衡过程第二十七页，本课件共有45页过程控制广义对象动态特性分类n自衡过程（Self-Regulating Proces

6、ses）(1)无振荡的自衡过程(2)有振荡的自衡过程n非自衡过程（Non-Self-Regulating Processes）(1)无振荡的非自衡过程(2)有振荡的非自衡过程(3)具有反向特性的非自衡过程第二十八页，本课件共有45页无振荡自衡过程模型第二十九页，本课件共有45页无振荡非自衡过程模型第三十页，本课件共有45页具有反向特性的非自衡过程模型第三十一页，本课件共有45页小结n被控对象动态建模方法n机理建模的步骤n过程控制广义对象动态特性分类第三十二页，本课件共有45页2.3 阶跃响应建模n阶跃响应的获取阶跃响应的获取(P30)n阶跃响应测试法注意事项阶跃响应测试法注意事项n合理选择阶跃

7、响扰动信号的幅度，5%15%为宜n初始稳定，避免偶然干扰n不同设定值与正反向的多次测试n数据处理，剔除明显不合理的部分第三十三页，本课件共有45页工业过程控制对象的特点工业过程控制对象的特点n除液位对象外的大多数被控对象本身是稳定自衡对象；n对象动态特性存在不同程度的纯迟延；n对象的阶跃响应通常为单调曲线，除流量对象外的被调量的变化相对缓慢；n被控对象往往具有非线性、不确定性与时变等特性。第三十四页，本课件共有45页SimuLink的使用介绍的使用介绍n熟悉与掌握系统所提供的SimuLink常用模块，如输入信号、输出显示、传递函数模块、常用数学函数等；n掌握SimuLink运行数据与Matla

8、b数据平台的联结，以及Matlab常用的作图方法；n掌握子系统的封装技术；第三十五页，本课件共有45页广义对象的描述可用一阶加纯滞后模型来描述广义对象：第三十六页，本课件共有45页过程增益的计算第三十七页，本课件共有45页过程的时间常数第三十八页，本课件共有45页过程的时间滞后第三十九页，本课件共有45页阶跃响应测试法1n 对象的近似模型：对应参数见左图，而增益为：第四十页，本课件共有45页阶跃响应测试法2第四十一页，本课件共有45页广义对象矩形脉冲响应测试法第四十二页，本课件共有45页结 论n介绍了简单被控过程的机理建模方法与线性化问题；n讲述了“广义对象”的概念及其动态特性的典型测试方法。第四十三页，本课件共有45页习题1.P.28,习题2-1,2.P.29,习题2-5,3.p.42,习题3-1,4.p.42,习题3-3.（若可能，请用Matlab 作图）第四十四页，本课件共有45页仿真练习n阅读matlab帮助中Simulink部分有关“Creating Masked Subsystems”的内容，并按照其中的说明构造自己专用的传递函数模块，该模块具有初始的输入和输出，并包含纯滞后环节。n对自己的传递函数模块进行阶跃响应测试，并用plot命令画出阶跃输入和响应输出曲线（标明曲线的横、纵坐标，名称）。并对曲线的线形、颜色、粗细、座标等进行修改。第四十五页，本课件共有45页