浙大工業(yè)過程控制過程動態(tài)特性分析實用教案

1、會計學(xué)1浙大工業(yè)過程控制過程動態(tài)特性浙大工業(yè)過程控制過程動態(tài)特性(txng)分析分析第一頁，共27頁。2021-11-272第1頁/共27頁第二頁，共27頁。2021-11-273對于如圖所示的壓力控制系統(tǒng)，假設(shè)(jish)貯罐溫度不變，主要干擾為P1、P2。試指出該系統(tǒng)中的被控變量、操縱變量、擾動變量與被控對象，并畫出該系統(tǒng)的方塊圖。第2頁/共27頁第三頁，共27頁。2021-11-274第3頁/共27頁第四頁，共27頁。2021-11-275第4頁/共27頁第五頁，共27頁。2021-11-276第5頁/共27頁第六頁，共27頁。2021-11-277n 物料平衡(pnghng)方程：n

2、流體運動(yndng)方程：討論問題討論問題：（1）線性化的意義？如何線性化？（2）如何用Matlab 或 SimuLink 表示該過程？（參見SimulationProcessModel LevelProcess01.mdl）第6頁/共27頁第七頁，共27頁。2021-11-278n 物料平衡(pnghng)方程：n 流體運動(yndng)方程：仿真參見 ProcessModel LevelProcess02.mdl問題問題：狀態(tài)方程？線性化？第7頁/共27頁第八頁，共27頁。2021-11-279物料(w lio)平衡方程：第8頁/共27頁第九頁，共27頁。2021-11-2710u(t)

3、：控制器輸出 ( 420 mA 或 010 mA DC)；pc ：調(diào)節(jié)閥氣動控制信號；l：閥桿相對位置； f ：相對流通(litng)面積；q ：受調(diào)節(jié)閥影響的管路相對流量。第9頁/共27頁第十頁，共27頁。2021-11-27111. 氣開閥與氣關(guān)閥氣開閥與氣關(guān)閥 * 氣開閥：氣開閥： pc f (“有氣有氣(yu q)則開則開”) * 氣關(guān)閥：氣關(guān)閥： pc f (“有氣有氣(yu q)則關(guān)則關(guān)”) 無氣源無氣源( pc = 0 )時，氣開閥全關(guān)，氣關(guān)閥時，氣開閥全關(guān)，氣關(guān)閥全開。全開。2. 氣開閥與氣關(guān)閥的選擇氣開閥與氣關(guān)閥的選擇(xunz)原則原則 * 若無氣源時，希望閥全關(guān)，則應(yīng)選擇

4、若無氣源時，希望閥全關(guān)，則應(yīng)選擇(xunz)氣開閥，如加熱爐瓦斯氣調(diào)節(jié)閥；若無氣源時，希氣開閥，如加熱爐瓦斯氣調(diào)節(jié)閥；若無氣源時，希望閥全開，則應(yīng)選擇望閥全開，則應(yīng)選擇(xunz)氣關(guān)閥，如加熱爐進氣關(guān)閥，如加熱爐進風(fēng)蝶閥。風(fēng)蝶閥。第10頁/共27頁第十一頁，共27頁。2021-11-2712調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性：閥芯與閥座間的節(jié)流面積調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性：閥芯與閥座間的節(jié)流面積(min j)和閥門開度之間的函數(shù)關(guān)系。和閥門開度之間的函數(shù)關(guān)系。f 為相對節(jié)流(ji li)面積；l 為相對開度：n 線性閥線性閥（線1）：n 等百分比閥或稱對數(shù)閥等百分比閥或稱對數(shù)閥（線2）：第11頁/共27頁第十二頁，共27

5、頁。2021-11-2713調(diào)節(jié)閥的工作流量特性調(diào)節(jié)閥的工作流量特性(txng)分析分析閥阻比閥阻比 S100：調(diào)節(jié)閥全開時的兩端：調(diào)節(jié)閥全開時的兩端(lin dun)壓降與系統(tǒng)總壓降之比，即壓降與系統(tǒng)總壓降之比，即第12頁/共27頁第十三頁，共27頁。2021-11-2714線性閥的特性(txng)變異對數(shù)(du sh)閥的特性變異第13頁/共27頁第十四頁，共27頁。2021-11-2715n 線性閥：在理想情況下，調(diào)節(jié)閥的放大增益Kv與閥門開度無關(guān)；而隨著(su zhe)管路系統(tǒng)閥阻比的減少，當(dāng)開度到達50 70%時，流量已接近其全開時的數(shù)值，即Kv隨著(su zhe)開度的增大而顯著下

6、降。n 對數(shù)閥：在理想情況下，調(diào)節(jié)閥的放大增益Kv隨著(su zhe)閥門開度的增大而增加；而隨著(su zhe)管路系統(tǒng)閥阻比的減少， Kv 漸近于常數(shù)。第14頁/共27頁第十五頁，共27頁。2021-11-2716n 選擇原則：僅當(dāng)對象特性近似線性而且閥選擇原則：僅當(dāng)對象特性近似線性而且閥阻比大于阻比大于 0. 60 以上（即調(diào)節(jié)閥兩端以上（即調(diào)節(jié)閥兩端(lin dun)的壓差基本不變），才選擇線性閥，的壓差基本不變），才選擇線性閥，如液位控制系統(tǒng)；其他情況大都應(yīng)選擇對數(shù)如液位控制系統(tǒng)；其他情況大都應(yīng)選擇對數(shù)閥。閥。熱平衡方程(fngchng)：Kp：控制通道增益第15頁/共27頁第十六頁

7、，共27頁。2021-11-2717第16頁/共27頁第十七頁，共27頁。2021-11-2718特點：（1）使控制系統(tǒng)的設(shè)計與分析簡化； （2）廣義對象的輸入輸出通?？蓽y量(cling)，以便于 測試其動態(tài)特性； （3）只關(guān)心某些特定的輸入輸出變量。第17頁/共27頁第十八頁，共27頁。2021-11-2719典型(dinxng)自衡工業(yè)對象的階躍響應(yīng)n 對象(duxing)的近似模型：對應(yīng)參數(shù)見左圖，而增益為：ymin, ymax為CV的測量范圍；umin, umax為MV的變化范圍，對于閥位開度通常用0100%表示。第18頁/共27頁第十九頁，共27頁。2021-11-2720SISO 對象模型構(gòu)造與動態(tài)響應(yīng)(xingyng)仿真參見 ProcessModelOpenLoopResp.mdl第19頁/共27頁第二十頁，共27頁。2021-11-2721第20頁/共27頁第二十一頁，共27頁。2021-11-2722第21頁/共27頁第二十二頁，共27頁。2021-11-2723第22頁/共27頁第二十三頁，共27頁。2021-11-2