过程控制工程第2章数学模型.ppt

第二章 过程特性及其数学模型 建立被控过程数学模型的目的 工业过程控制对象的特点 除液位对象外的大多数被控对象本身是稳定自衡对象； 对象动态特性存在不同程度的纯迟延； 对象的阶跃响应通常为单调曲线，除流量对象外的被调量的变化相对缓慢； 被控对象往往具有非线性、不确定性与时变等特性。 过程广义对象动态特性分类 自衡过程（Self-Regulating Processes） (1) 无振荡的自衡过程 (2) 有振荡的自衡过程 无自衡过程（Non-Self-Regulating Processes） (1) 无振荡的无自衡过程 (2) 有振荡的无自衡过程 具有反向特性的过程 2.1 典型过程的动态特性 无振荡自衡过程模型 2.1典型过程的动态特性 无振荡无自衡过程模型 2.1典型过程的动态特性 2.1典型过程的动态特性 具有反向特性的过程模型 课后思考 过程特性中，放大系数K，时间常数T和时间延迟 分别表示什么物理含义，它们与哪些因素有关系？ 2.2 被控过程的数学模型 热交换器的温度控制系统 热交换器温度控制系统方块图 液位过程控制系统 液位控制系统的方块图 2.2 被控过程的数学模型—类型 2.2 被控过程的数学模型—方法 动态建模方法各自特点 机理建模 原理：根据过程的工艺机理，写出各种有关的平衡方程，如物料平衡、能量平衡等，以及反映流体流动、传热、传质等基本规律的运动方程，由此获得被控对象的动态数学模型。 特点：概念明确、适用范围宽，要求对该过程机理明确。 测试建模 原理：对过程的输入（包括控制变量与扰动变量）施加一定形式的激励信号，如阶跃、脉冲信号等，同时记录相关的输入输出数据，再对这些数据进行处理，由此获得对象的动态模型。 特点：无需深入了解过程机理，但适用范围小，模型准确性有限。 本次课到此结束 什么是自衡过程控制系统？ 什么是非自衡过程控制系统？ 过程控制系统建模方法有哪些？ 2.3 解析法建立过程数学模型—步骤 机理建模步骤 2.3 解析法建立过程数学模型—单容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—单容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—单容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—单容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—单容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 2.3 解析法建立过程数学模型—多容过程 换热器的静态特性 热交换过程的热量平衡方程 热交换过程的传热速率方程 热交换过程的静态方程 热交换过程的静态特性分析 本次课结束 2.4 测试法建立过程数学模型 2.4 实验辨识法建立过程数学模型—步骤 2.4 实验辨识法建立过程数学模型—分类 阶跃响应测试法 阶跃响应测试法注意事项 矩形脉冲响应测试法 二阶惯性环节参数---两点法 二阶惯性环节参数---两点法 最小二乘法辨识过程模型 最小二乘法辨识过程模型 最小二乘法辨识过程模型 最小二乘法辨识过程模型 最小二乘法辨识过程模型 最小二乘法辨识过程模型 最小二乘法辨识过程模型阶次和纯滞后时间 作业：P42：3-1，3-2，3-4 1、选择阶跃信号幅度，过强、过弱都不好，5%~15%； 2、在输入阶跃信号前，必须处于相对稳定的运行状态； 3、试验时应在相同的试验条件下重复做几次测试，需获得两次以上比较接近的测试数据，以减少干扰的影响； 4、正、反方向分别侧取其响应曲线，以减小系统存在的本质非线性的影响。 2 脉冲响应曲线法 当过程长时间处于较大扰动信号作用下时，被控量的变化幅度可能超出实际生产所允许的范围，它的过渡过程与终值均偏离正常操作条件，会影响产品的质量和产量，这时就可以用矩形脉冲信号作为过程的输入信号，测出过程的矩形脉冲响应曲线。 （1）根据阶跃响应确定一阶环节参数 直角坐标图解法 半对数坐标图解法 响应曲线法辨识过程模型--阶跃响应法 设阶跃输入变化量为x0，一阶无时延环节的阶跃响应为 响应曲线法辨识过程模型--阶跃响应法 （1）根据阶跃响应确定一阶环节参数---直角坐标图解法 t O A B T0 t O 以K0x0/T0为斜率作切线，在t=T0处与y(∞)相交。 响应曲线法辨识过程模型--阶跃响应法 （1）根据阶跃响应确定一阶环节参数---直角坐标图解法 趋于新的稳态： t=0时斜率： t=