[發明專利]一種流程工業多變量過程動態特性水力模擬實驗裝置及其方法

在審

• 申請號: 201811035384.5
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109163879A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 紀興權;宗學軍
• 申請（專利權）人: 沈陽化工大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司 21205
• 代理人: 張志剛

一種流程工業多變量過程動態特性水力模擬實驗裝置及其方法，涉及一種流體實驗裝置及其方法，所述裝置包括集成水槽、循化水槽、電控閥、水泵、測量變送器；集成水槽三層結構組合，將三層疊放在框架上；槽底部側下部裝有液阻節流件；轉子流量計、壓力表安裝在管路上；所述方法由給出的過程動態特性，即有具體數值的線性常變量傳遞函數、多變量耦合傳遞函數矩陣等數學模型，通過流量、節流孔徑、液位曲線族圖方法求出模擬用的數據，并通過觀測各水槽液位變化看到實際工程工藝過程在設備、機器中看不到的狀態變化過程和計算結果；為各種種類繁多的機器、設備、裝置及其生產過程的提供溫度、壓力、液位、物性等對象有具體數值的數學模型進行水力模擬實驗。

技術領域

本發明涉及一種流體實驗裝置及其方法，特別是涉及一種流程工業多變量過程動態特性水力模擬實驗裝置及其方法。

背景技術

水力模擬實驗裝置是一種以水為介質，通過多個槽間無管路無閥門阻容水槽、水泵、循環水槽、測量變送器、控制閥等組成的模擬對象可以模擬有具體參數值的溫度、壓力、液位、物性等過程，為研究各種控制原理、技術的控制系統提供一個廣義對象物理模擬實驗平臺，它比用數字計算機模擬更近于實際應用，用于過程實驗教學更直觀，對理解很多專業概念、術語更形象、易懂、深刻。由于實驗平臺不但有被控對象，還有自動化工具及接線端子排連接方式。開放性好，可用于過程控制、系統辨識、專業課程設計、畢業環節，專科生、本科生、碩士、博士研究生實驗研究，有利于專業實踐能力培養和動手能力的訓練。

這種數學模型是對大化工（化工、石油、冶金、建材、制藥、食品、釀造生物化工、新農業等領域），以流體(各種氣、汽、液、粉體、電能)及其機器設備裝置生產過程的抽象化得到動態數學模型。

目前模擬方法分三大類：

1. 數字模擬即計算機和軟件模擬如Matlab、Simulink,具有通用性強，速度快使用靈活方便，是一個發展方向。但目前仍有不足之處如：

(1)抽象，它實質是解數學題，對實際過程不易理解，不如物理模擬方法

①抽象，數學模型是真實運動過程的抽象表達方式，對實際過程不易理解，不如有真實感、有實時性的物理模擬。

②被控對象流動過程的隱性狀態——零點反映不出。如有前后相互影響的對象，二、三階傳遞函數中，對有實際存在的一個或兩個零點表達不出。若加上去，就不是那個對象輸出狀態的傳遞函數了。

③數學模型中常對真實過程運動隨機產生的不少不確定性仿真不出。如P型規范型耦合對象，原來是穩定的，但在耦合運動中可能產生的不穩定零、極點仿真不出。

④傳遞函數是增量型（初始條件為“0”）的數學模型，仿真時一般不考慮連續過程的各狀態（常是這樣）問題，僅考查被控對象輸出狀態的變量。而真實過程是分布參數過程，穩態、動態時各空間狀態值不同，狀態變化過程各處的工藝參數數值不同，雖然被控變量質量符合要求，實際質量不符合要求，如溫度對象，若控制過程溫度過高會使其他狀態的產物、產品變色、結焦等，不可逆反應過程收率降低。

（2）沒用到專業自動化工具：儀表、控制閥。

①沒有使用實際的自動控制系統，不考慮組成本專業用的控制系統各環節的正、負性問題。不少學生畢節環節中見到傳感器、溫度變送器、控制閥等不知為何物。僅用計算機仿真實驗，不用或很少用近于實際應用的物理模型實驗，不利于應用型專業學生的培養。

自動控制界長期以來困惑于理論研究與工程實際需求的嚴重脫節。每年都有發表大量的論文，計算機仿真效果很滿意，但很難得到工程實踐的驗證，有的甚至是理論上的空談。

②測量變數器的安裝，控制閥的控制能力，機泵的供壓大小等隨機變化，對控制質量常會有很大影響，計算機仿真實驗反映不出來。