計(jì)算機(jī)過程控制第一章(編輯修改稿)
2025-06-20 00:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 氣罐（ a）電加熱槽 (b)和混合槽 (c) 屬于這一類被控對象。圖中還給出了它們的容積和阻力的分布情況。 21 ? 例 1－ 2 單容積分水槽 ? 這種水槽如圖 1． 6所示，它與上例中的單容水槽只有一個區(qū)別：在它的流出側(cè)裝有一只排水泵。 水泵的排水量仍然可以用負(fù)載閥 R來改變，但排水量并不隨水位高低 而變化。這樣，當(dāng)負(fù)載閥開度固定不變時，水槽的流出量也不變，因而在式（ 1－ 12）中有△ Q0=0．水位在調(diào)節(jié)間 開度擾動下 的變化規(guī)律為 : 22 積分環(huán)節(jié)，其階躍響應(yīng)為一直線 23 ? 例 1－ 3 雙容水槽 雙容水槽如圖 1． 8所示，它有兩個串聯(lián)在一起的水槽，它們之間的連通管具有阻力，因此兩者的水位是不同的。來水首先進(jìn)入水槽 1，然后再通過水槽 2流出。水流入量 Qi由調(diào)節(jié)閥控制，流出量Q。由用戶根據(jù)需要改變，被調(diào)量是水槽 2的水位H2。下面將分析認(rèn) H2在調(diào)節(jié)間開度擾動下的動態(tài)特性。 根據(jù)圖 1． 8可寫出兩個水槽的物料平衡方程： F1 F2為兩水槽的截面積； R1和R2代表線性化水阻。 Q， H和 μ 等均以各個量的穩(wěn)態(tài)值為起算點(diǎn) 24 25 水位 H2的運(yùn)動方程 :它是一個二階微分方程，這是被控對象中含有兩個串聯(lián)容積的反映 。 H2的 階躍響應(yīng)不是指數(shù)曲線，而是呈 S 形 26 ? 雙容水槽的階躍響應(yīng)在起始階段與單容水槽差別 : 從圖 1． 9中可以看出，在調(diào)節(jié)閥突然開大后的瞬間，水位 H1只有一定的變化速度，而其 變化量本身卻為零 ，因此 Q1暫時尚 無變化 ，這使 H2的起始變化速度也為零 。增加了一個容積，就使得被調(diào)量的響應(yīng)在時間上更落后一步。在圖 1． 9中，從拐點(diǎn)處畫一條切線，它在時間軸上截出一段距離了，這段時間可以大致衡量由于多加了一個儲蓄容積而使階躍響應(yīng)向后推遲的程度，稱為 容積遲延 。串聯(lián)的容積愈多和愈大，容積遲延也愈大 ,使工業(yè)過程難以控制 . 27 ? 二、建立過程數(shù)學(xué)模型的兩個基本方法 ? 建立過程數(shù)學(xué)模型的基本方法有兩個，即機(jī)理法和測試法。 ? 1．機(jī)理法建模 根據(jù)生產(chǎn)過程中實(shí)際發(fā)生的變化機(jī)理，寫出各種有關(guān)的平衡方程，如： 物質(zhì)平衡方程；能量平衡方程；動量平衡方程；相平衡方程以及反映流體流動、傳熱、化學(xué)反應(yīng)等基本規(guī)律的運(yùn)動方程 ， 物性參數(shù)方程和某些設(shè)備的特性方程等，從中獲得所需的數(shù)學(xué)模型。 首要條件 是充分掌握機(jī)理，并且可以比較確切地加以數(shù)學(xué)描述。 借用計(jì)算機(jī)求解幾乎任何復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。作合理的 近似假定 ， 模型應(yīng)該盡量 簡單 ，保證合理的 精度 ，考慮 實(shí)時性 。 用過程辨識方法把過程參數(shù)估計(jì)出來。 28 ? 2． 測試法建模 一般只用于建立輸入輸出模型。它是根據(jù)工業(yè)過程的輸入和輸出的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行某種數(shù)學(xué)處理后得到的模型。 主要特點(diǎn) ： 是把被研究的工業(yè)過程視為一個黑匣子，完全從外特性上測試和描述它的動態(tài)性質(zhì)，因此不需要深入（只適當(dāng)?shù)兀┱莆掌鋬?nèi)部機(jī)理。比用機(jī)理法要簡單和省力。 讓被研究的過程處于 被激勵的狀態(tài) （如，加階躍擾動或脈沖擾動），使其動態(tài)特性表現(xiàn)出來，在穩(wěn)態(tài)下是表現(xiàn)不出來的。 29 對過程內(nèi)部的機(jī)理有 定性 了解，例如究竟有哪些主要因
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