过程特性及数学模型省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,过程控制基础及应用,浙江大学信息学院控制系,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢,第二节,对象数学模型建立,一、建模目标,二、机理建模1、一阶对象2、积分对象,3、二阶对象,三、试验建模,1/43,1,、一阶对象,1,）水槽对象,h,Q,1,Q,2,2/43,2）RC电路,3/43,2、积分对象：当对象输出与输入参数对时间积分成百分比关系时,4/43,3、二阶对象,h,1,Q,1,Q,12,Q,2,h,2,双水槽传递,5/43,二阶对象,一阶对象,6/43,2）串联RC电路,串联,RC,电路,7/43,三、,对象特征试验建模,惯用试验测取法,1,、试验测取法：人为加入干扰作用，用统计仪测取输出被控参数。（,阶跃反应曲线法、矩形脉冲法,）,8/43,2,、理论推导：,1,）,.,微分方程阶数很高,2,）,.,假设原因很多,3假设次要原因可能在一定程度上成为主要因数,(,数据不太可靠,),9/43,1）、阶跃反应曲线法:,突然开大进水阀,引进一阶跃干扰作用,.,特点,:,方法简单,但幅度不宜过大,以免影响工艺参数,普通取额定值,5-10%,.,1,、试验测取法,10/43,t,Q,1,t,0,t,h,11/43,2,）矩形脉冲法,:,当对象处于稳定工况下,在时间,t,0,突然加一阶跃干扰,幅值为,A,到时间,t,1,突然除去阶跃干扰,这时测得输出量随时间改变规率,称为对象矩形脉冲特征,干扰称为矩形脉冲干扰,.,特点,:,干扰幅值可取比较大,提升了被控参数测量精度,.,12/43,除了上述方法外,主要还有,矩形脉冲波法,(,矩形脉冲信号,),、,频率特征法,(,正弦信号,),；以下列图,13/43,在测试过程中必须注意以下几点：,(1),加测试信号之前，对象输入和输出应尽可能稳定一段时间，不然会应响测试结果准确度。,(2),加测试信号后，在输出统计纸上计算出已用滞后时间。,(3),为确保测试精度，应多测几次（,2-3,），一样条件下应含有重复性。,(4),测量和统计应连续到输出量到达新稳态值为止。,(5),选择适当工作点。,(6),累积平时工作曲线。,14/43,复习,一、建模目标,二、机理建模,1、一阶对象2、积分对象,3、二阶对象,三、试验建模,15/43,二阶对象,一阶对象,令,AR,1,T,1,AR,2,=T,2,R,2,=K,得,16/43,第三节,.,描述对象特征参数,一、放大系数二、时间常数三、滞后时间,对象特征一定情况下，其输出型式与输入形式相关，实际中用,放大系数,K,、,时间常数,T,、,滞后时间,这三个物理量。,17/43,一、放大系数,K,K,在数值上等于对象受,干扰作用,，重 新稳定后输出改变量与输入改变量之比。,18/43,t,Q,1,t,0,t,h,K,要适量，当,K,大时，反应灵敏；,K,小，则 反应迟钝，不过,K,太大，会引发振荡，太小，跟不上,(,响应,),。,K,在数值上等于对象受,干扰作用,，重 新稳定后输出改变量与输入改变量之比。,19/43,CO,变换过程示意图,20/43,CO,变换过程示意图,改变冷激流量、蒸汽流量和半水煤气量百分比是相同，稳定以后，曲线,1,温度改变最大；曲线,2,次之；曲线,3,温度改变最小。这说明改变冷激流量对被控参数温度影响最大、最灵敏；改变冷蒸汽流量对影响次之；改变半水煤气量对被控参数温度影响最不显著。,3,2,1,21/43,K,对过渡过程影响,u,广义对象,f,y,K,其它参数不变,控制通道放大系数,干扰通道放大系数,K,O,越大,控制,变量,u,对被控变量,y,影响越灵敏,控制能力强,K,f,越大,干扰,f,对被控变量,y,影响越灵敏。,在设计控制系统时，应合理地选择,K,O,使之大些，抗干扰能力强，太大会引发系统振荡。,22/43,T,T,二、时间常数T,23/43,从理论上讲，只有当,T=,才有,h()=KQ.,不过当,t=3T,时，,h(3T)=KQ(1-e,-3,)=0.95KQ=0.95h(),可近似认为动态过程基本结束。,时间常数,T,越大，表示对象受干扰作用后，被控参数改变越慢，过分时间长；,T,越小，表示对象受干扰作用后，被控参数改变越快，过分时间短。,24/43,以简单水槽为例,：,K,是对象受到阶跃作用后，被控参数稳 定值与所加输入量之比。,当,t=T,时,h=Qk(1-e,-1,)e,-1,=0.368,h()=KQ h=kQ(1-e,-1,)=0.632KQ=0.632h(),即被控参数到达新稳态值,63.2%,所需 时间就是时间常数,T,25/43,T,T,0.632h(),h(),T,T,T,T,26/43,T,T,T,T,T,T,27/43,T,T,T,T,T,T,时间常数,T,物理意义：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量假如保持初始速度改变，到达新稳态值所需时间。,28/43,三、滞后时间,一阶对象在受阶跃作用下，将按其,T,、,K,参数马上作出反应。如二阶以上对象，有时会出现滞后现象。依据滞后性质不一样可分为,传递滞后,和,容量滞后,。,29/43,1,、传递滞后：,传递滞后又叫纯滞后（,0,），,0,产生普通是因为,介质传输需要一段时间而引发,。另外，,检测方案不和理,，也可产生纯滞后。,纯滞后1,30/43,L,v,0,31/43,L,v,0,32/43,t,Q,1,t,0,t,h,t,0,t,0,+,t,0,h,t,输入量,无滞后,有滞后,33/43,表示成数学关系为,：,无滞后,纯滞后,34/43,无滞后微分方程（一阶）,而纯滞后则,35/43,2,、容量滞后,h,有些对象在受到阶跃作用后，被控变量开始改变很慢，以后才逐步加紧，最终又变慢至逐步靠近稳定值现象。,普通是由物料或能量传递需要经过一定阻力而引发。如串联二阶水槽对象。,36/43,Q,t,t,h,h,T,o,曲线,37/43,Q,t,t,h,h,T,o,0三种滞后综合曲线,38/43,T,对过渡过程影响,时间常数：在阶跃输入作用下，对象输出到达,最终稳态改变量,63.2,所需要时间,。,普通情况希望,T,O,小些，但不能太小，,T,f,大些。,T,（其它参数不变）,时间常数,T,是反应响应改变快慢或响应滞后主要参数。用,T,表示响应滞后称阻容滞后（容量滞后），,T,大反应慢，难以控制；,T,小反应块。,控制通道,T,O,大,响应慢、控制不及时、过渡时间,t,p,长、超调量,大,控制通道,T,O,小,响应快、控制及时、过渡时间,t,p,短、超调量,小,控制通道,T,O,太小,响应过快、轻易引发振荡、降低系统稳定性。,干扰通道时间常数对被控变量输出影响也是相类似。,39/43,测量变送步骤特征及其对过渡过程影响,测量、变送步骤普通由测量元件及变送器组成，其特征也能够表示程由,K,、,T,、,三个参数组成一阶滞后步骤，它对过渡过程影响与被控对象相仿。通常要求，,K,在整个测量范围内保持恒定，,T,、,越小越好。,实际上，测量、变送步骤本身时间常数和纯滞后时间都很小，能够略去不计。所以实际上它相当于一个放大步骤。所以，放大倍数,K,在整个测量范围内保持恒定是最关键。,不过，有些测量元件在安装使用时需要安装保护套管等其它设备，如热电阻、热电偶等，此时，因为保护套管存在，会影响测量变送步骤时间常数和纯滞后时间。,温度,1,2,1-,无套管热电阻对介质真实温度响应曲线,2-,有套管热电阻对介质真实温度响应曲线,时间,实际温度,接线盒,保护套管,绝缘管,热电偶,安装法兰,引线口,图,3-45,普通型热电偶经典结构,40/43,在被控对象上加入输入信号为,u,T,C,A,y(0),0,y(,),y,y(t),D,B,0,h,(a)在S型响应曲线上选择拐点A；,(b)曲线在拐点A作切线，交y(0)于D点，交y(,)于C点；,(c)OD为滞后时间,，,=,0,+,h,，而,0,是系统真正纯滞后，是,h,容量滞后引发等效滞后；,(d)DC为时间常数T；,(e),增益,K=,y/,u,。,一阶滞后步骤包含三个参数：,K,、,T,、,，怎样确定这三个参数？,41/43,思索题：,P33,8、9、,10、11,42/43,作业,P33,8、12、13、14,43/43,