过程动态学与控制优秀PPT.ppt

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1、闭环限制系统单位阶跃响应闭环限制系统单位阶跃响应(Servo)PID限制器限制器执行器执行器被控对象被控对象测量变送测量变送+ryrt闭环限制系统抑制干扰闭环限制系统抑制干扰(Regulatory)PID限制器限制器执行器执行器被控对象被控对象测量变送测量变送+ryrt干扰干扰输入变量：指那些能够独立激励系统并引起过程内部状态变更的输入变量：指那些能够独立激励系统并引起过程内部状态变更的那些变量（那些变量（F、Ti、QA、QF）输出变量：指那些从中可以得到过程内部信息的变量（输出变量：指那些从中可以得到过程内部信息的变量（T）状态变量：指那些能够用于描述过程内部状态的最少变量集合。状态变量：指

2、那些能够用于描述过程内部状态的最少变量集合。这些变量的显现形式是输出。因此，输出变量可以是某一状态变这些变量的显现形式是输出。因此，输出变量可以是某一状态变量的测量值，也可以是状态变量某种组合的测量值（量的测量值，也可以是状态变量某种组合的测量值（T）干扰变量：使过程状态和输出偏离期望水平的变量（干扰变量：使过程状态和输出偏离期望水平的变量（F、Ti、PF、F）上述变量均可细分为可测（上述变量均可细分为可测（on-line,off-line）和不行测两类）和不行测两类被控变量：指那些须要被限制在给定值或给定轨迹的变量（被控变量：指那些须要被限制在给定值或给定轨迹的变量（T）操纵变量：指那些用来

3、调整被控变量的变量（操纵变量：指那些用来调整被控变量的变量（QA、QF）变量变量 参数参数小结（以原油加热炉为例）小结（以原油加热炉为例）开环限制与闭环限制开环限制与闭环限制 闭环限制指输入闭环限制指输入-输出之间通过反馈作用实现输出之间通过反馈作用实现闭环。若一个限制系统不利用这一因果（闭环）闭环。若一个限制系统不利用这一因果（闭环）关系，而仅仅依据某种（基于机理）分析推断得关系，而仅仅依据某种（基于机理）分析推断得出限制规律，就称之为开环限制。典型的开环限出限制规律，就称之为开环限制。典型的开环限制是交通信号灯。它通过事先的调查探讨，确定制是交通信号灯。它通过事先的调查探讨，确定主干道绿长

4、红短的限制规律。若实现闭环主干道绿长红短的限制规律。若实现闭环 智能交智能交通限制，如何实现？通限制，如何实现？调整限制（调整限制（regulatory）与侍服限制（）与侍服限制（servo）Regulatory:使输出恒定在使输出恒定在sp Servo:使输出跟随使输出跟随sp限制系统的物理元件构成：限制系统的物理元件构成：测量变送测量变送 限制器限制器 执行器执行器 协助硬件（信号转换器、协助硬件（信号转换器、AD-DA转换器）转换器）PIDPID限制器及算法限制器及算法 （1 1）比例限制）比例限制 比例系数比例系数KcKc增大，闭环系统的灵敏度增大，闭环系统的灵敏度增加，稳态误差（余差

5、）减小，但系统振荡增加；比增加，稳态误差（余差）减小，但系统振荡增加；比例系数过大会导致闭环系统不稳定。例系数过大会导致闭环系统不稳定。（2 2）积分限制）积分限制 可以消退余差；积分作用太强会导可以消退余差；积分作用太强会导致闭环系统不稳定。致闭环系统不稳定。（3 3）微分限制）微分限制 减小闭环系统超调量、响应时间加快。减小闭环系统超调量、响应时间加快。离散离散PID算法：算法：)()()()(11kkDk”nndIkdctytytTtyyTttyyK-D+-D+-+-=u(tk)=u0 yd tk-1 tk以原油加热炉为例，干扰以原油加热炉为例，干扰导致导致TT*u0 tk-1 tk正作

6、用限制器，气开阀正作用限制器，气开阀上次上次=0时时的输出的输出瞬态量，至新的瞬态量，至新的=0时为零时为零当新的当新的=0到来后到来后 0n以以u0所处所处时刻为起点时刻为起点(k)=(k)-(k-1)典型球阀示意图典型球阀示意图Air(气关气关)Air(气开气开)气关阀气关阀流量测量通常接受节流装置，包括孔板（流量测量通常接受节流装置，包括孔板（Orifice plate）、喷嘴）、喷嘴(Nozzle)、文丘里管（、文丘里管（Venturi tube），其共同特点是通过差压测取流量。），其共同特点是通过差压测取流量。p2p1孔板直经孔板直经:d管道内径管道内径:D关于流量与压差的关系，依据

7、关于流量与压差的关系，依据ASME(2001)可知：可知：质量流量质量流量 Gm=At（2 p）1/2其中，其中，为流体高压区的密度（为流体高压区的密度（kg/m3或或g/l）；）；p 为流为流体流经节流装置形成的压差；体流经节流装置形成的压差；At 为节流面积；为节流面积；为流体为流体体积膨胀系数，对不行压缩的液体或体积膨胀系数，对不行压缩的液体或 p 不大的气体，不大的气体，=1，但当气体，但当气体 p 较大时，较大时，1；为流量系数，取值与为流量系数，取值与At,d/D及流体的流淌状态及流体的流淌状态(Re)有关。有关。对志向状态下的气体，高压区有对志向状态下的气体，高压区有p1V=nRT,即有即有=p1 M/(RT),因此，质量流量可以表述为：因此，质量流量可以表述为：Gm=At（2 p）1/2=At2M/(RT)1/2(p1 p)1/2这与书中这与书中pp30表述的表述的 Gm=KKv(p p)1/2明显是等价的。明显是等价的。另一方面，体积流量另一方面，体积流量Gv与与Gm的关系是的关系是Gv=Gm/，故，故 体积流量体积流量 Gv=At（2 p/）1/2