过程装备控制技术及应用02-第二章-2.1节.pdf

第2章 第2章 过程装备控制基础 §2-1 被控对象的特性 §2-2 单回路控制系统 §2-3 复杂控制系统 1 简单过程控制系统的设计 复杂控制系统的结构、特点及应用 控制系统设计步骤  全面了解被控对象；  确定控制方案和整定调节器参数；  系统投运。 注：当简单控制系统不能满足生产过程的控制要求时， 要选用适当的复杂控制系统。 2.1 被控对象的特性  控制质量的优劣取决于自动控制系统的结构及各个 环节的特性。  被控对象的特性由生产工艺过程和工艺设备决定。  为设计出合适的控制方案，必须深刻了解被控对象 的特性，以取得良好的控制质量。 一、被控对象的数学描述 • 被控对象的特性 被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间 的变化规律 （包括变化的大小、速度等）。 输出变量：控制系统的被控变量y； 输入变量：a.控制系统的操纵变量m； b.干扰作用f。 • 通道被控对象输入变量与输出变量之间的 联系; 控制通道: 操纵变量与被控变量之间的联 系通道； 干扰通道: 干扰作用与被控变量之间的联 系通道。 通常所讲的对象特性指得是控制通道的对象特性。 以水槽液位为例，分析推导被控对象的数学描述形式。 建立被控对象的数学模型（输入 输出） 物料平衡和能量平衡 （在连续生产过程中） 在静态条件下，流入对象的物料(或 能量)等于从系统中流出的物料(或能量)；  在动态条件下，单位时间内流入对象的物料与 单位时间内从系统中流出的物料之差，等于系 统内物料(或能量)贮存量的变化率。 被控对象的数学描述: 由这两种关系推导出来的微分方程。即建立被控对象的数学模型。 被控对象数学模型的建立 利用能量平衡或物料平衡建立被控对象的数学模 型—机理建模法 1．单容液位对象 (1) 有自衡特性的单容对象 水槽输入量：qv1 水槽输出量：H H液位 (输出变量) qvl水槽的进水流量， 由管路上的阀1来调节； qv2水槽的出水流量， 由管道上阀2的开度来控制， 为操纵变量。 qvl、qv2体积流量 在任何时刻水位的变化均满足下面的物料平衡关系： dV qv1qv 2 （2-1） dt 式中: V——水槽内液体的贮存量(液体的体积)； t——时间； dV ／dt——贮存量的变化率。 设水槽的横截面积为A，为常数： V A H （2-2 ） dV dH A  （2-3 ） dt dt 在静态情况时，dV/dt=0，qvl=qv2； 当qv1发生变化时，液位H将随之变化，水 槽出口处的静压也随之发生变化，流出量qv2 亦发生变化。 流出量qv2与液位H成正比，与出水阀对水 的阻力Rs成反比，即: H qv2 （2-4 ） Rs 若出水阀开度不变，阻 力Rs为常数。 将式(2-3)和式(2-4)代人式(2—1)，经整理得到: dV dH