文档介绍：《过程控制系统仿真》 电子工业出版社出版
作者:郭阳宽王正林
联系邮箱:wa_2003@
过程模型概述
常见的过程模型类型
过程建模基础
单容过程模型
多容过程模型
模型参数对控制性能的影响
本章小结
习题与思考
第 4章过程控制系统建模
内容提要
本章描述了过程模型的基本概念,介绍了过程建模的方法、常见过程模型的特点、模型参数对控制性能的影响,以及常见工业过程模型等基础知识。
通过本章,读者对过程控制系统的模型以及建模能有一个全面的认识。
过程模型概述
过程建模的目的和要求
在工业过程控制中,建立被控对象的数学模型的主要目的如下:
(1)设计过程控制系统及整定调节器参数
(2)优化工业过程
(3)进行被控过程的仿真研究
工业过程数学模型的要求随其用途不同而不同,总的说是简单且准确可靠。
一般说,用于控制的数学模型由于控制回路具有一定的鲁棒性,所以不要求非常准确。因为模型的误差可以视为扰动,而闭环控制在某种程度上具有自动消除扰动影响的能力。
实际生产过程的动态特性是非常复杂的。控制工程师在建立其数学模型时,不得不突出主要因素,忽略次要因素,否则就得不到可用的模型。
过程模型类型
工业过程的数学模型分为静态(稳态)数学模型和动态数学模型。
静态数学模型是输入变量和输出变量之间不随时间变化情况下的数学关系。工业过程的静态数学模型用于工艺设计和最优化,同时也是考虑控制方案的基础。
动态数学模型是表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数学描述。被控对象动态数学模型类型有三种:
(1)集总参数数学模型
(2)分布参数数学模型
(3)多级数学模型
动态数学模型的表达方式很多,对它们的要求也各不相同,主要取决于建立数学模型的目的。
自衡过程与非自衡过程
对象受到干扰作用后平衡状态被破坏,无须外加任何控制作用,依靠对象本身自动趋向平衡的特性称为自衡,具有这种特性的被控过程称为自衡过程。
如果被控量只需稍改变一点就能重新恢复平衡,就说该过程的自衡能力强。自衡能力的大小由对象静态增益K的倒数衡量,称为自衡率(),表达式为: =1/ K.
自衡是一种自然形式的负反馈,好像在过程内部具有比例控制作用,但对象的自衡作用与系统的控制作用完全不同,后者是靠控制器施加的控制作用消除输入量和输出量之间的不平衡。
常见的过程模型类型
根据工业过程所具有的某些共同特点对常见工业过程模型进行粗略分类是必要的,而且是有用的。
常见的4类工业过程模型类型,即自衡非振荡过程、无自衡非振荡过程、自衡振荡过程、具有反向特性的过程。
自衡非振荡过程
典型的自衡非振荡过程的阶跃响应曲线
无自衡非振荡过程
自衡振荡过程