过程控制第二讲：控制对象建模(lyz).ppt

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1、第二讲：控制对象建模ProcessControlSystem主讲老师：廉迎战副教授重点内容对象模型（连续、离散）理论建模实验建模混合建模7/25/20212过程控制与仪表一、对象模型数学模型：指过程各输入量（控制量、扰动量）作用下，其输出量（被控制量）变化函数关系表达式。Y(t)=F{X1(t),X2(t),X3(t)……Xn(t)}模型分类：非参量形式（曲线、表格）参量形式（数学方程）方程={微分、差分、传递函数、脉冲函数、状态方程、观察方程等}对象类型：对象类型：线性过程对象非线性过程对象核心研究线性过程、或者线性化的过程。?典型对象惯性对象w(s)=f(k,T0)积分对象w(s)

2、=f(T)延迟对象w(s)=f(t)7/25/20213过程控制与仪表一、对象模型研究目的：设计过程控制系统和整定调节器的参数指导生产工艺及其设备的设计对被控过程进行仿真研究研究方法：解析法：又称为机理演绎法，根据过程的内在机理，运用已知的静态和动态物料（能量）平衡关系，用数学推理的方法建立过程的数学模型。实验辨识法：又称为系统辨识与参数估计法。该法是根据过程输入、输出的实验测试数据，通过过程辨识和参数估计建立过程的数学模型。混合法：即用上述两种方法的结合建立过程的数学模型。首先通过机理分析确定过程模型的结构形式，然后利用实验测试数据来确定模型中各参数的大小。7/25/20214过程控

3、制与仪表一、对象模型对象形式：单输入—单输出过程的模型线性连续型（用微分方程或传递函数）式中，为输出量；为输入变量；为时延时间。7/25/20215过程控制与仪表一、对象模型对象形式：单输入—单输出过程的模型线性离散型（用差分方程或脉冲传递函数）7/25/20216过程控制与仪表二、解析法建模概念：根据过程的内在机理，通过静态与动态物料（能量）平衡关系，用数学推导法建立过程的数学模型，称为解析法建模。单容过程建模?单容过程/多容过程自衡过程/无自衡过程例：试建立数学模型。7/25/20217过程控制与仪表二、解析法建模例：液位高度h为被控量，Q1体积流量为被控过程的控制量，Q2体积流量

4、为负荷量，试建立数学模型。解：根据动态物料（能量）平衡关系，写成增量形式根据流体力学规律Q2与h近似成线性关系经拉氏变换后，得单容液位过程得传递函数为7/25/20218过程控制与仪表二、解析法建模例：若经过L长度延时。则得：经拉氏变换后，得单容液位过程得传递函数为7/25/20219过程控制与仪表二、解析法建模例：阶跃响应曲线7/25/202110过程控制与仪表二、解析法建模例：无自衡能力单容液位过程，试求h被控量与q1控制量的关系。解：据动态物料平衡关系增量形式拉氏变换传递函数7/25/202111过程控制与仪表二、解析法建模多容过程建模?例：有自衡能力双容过程及其阶跃响应曲线。以

5、为被控参数，为控制参数。试建立该过程的数学模型。容量时延解：根据动态物料平衡关系对水箱1对水箱27/25/202112过程控制与仪表二、解析法建模多容过程建模?例：若存在延时L。试建立该过程的数学模型。解：例：若N个容器。数学模型。例：若无自衡，延时，N个容器。数学模型。7/25/202113过程控制与仪表三、响应曲线辨识建模响应曲线类型?阶跃响应曲线脉冲响应曲线响应曲线要求?1）试验测定前，被控过程应处于相对稳定的工作状态。否则，就容易将被控过程的其它动态变化与试验时的阶跃响应混淆在一起，影响辨识结果。2）输入阶跃信号的幅值不能过大，也不能过小，若过大，可能会对正常生产造成影响；若过

6、小，过程中的其它扰动的影响比重相对较大。一般取阶跃信号的幅值在正常输入信号的最大幅值的5%~15%之间，常用10%。3）分别输入正负阶跃信号，并测取其响应曲线作对比，以便反映过程的非线性的影响。4）在相同条件下重复测试几次，从几次测试结果中选择两次以上比较接近的响应曲线作为分析数据，以减小干扰的影响。5）完成一次试验测试后，必须使过程稳定在原来的工况一段时间，再作第二次试验测试。7/25/202114过程控制与仪表三、响应曲线辨识建模阶跃响应曲线确定过程的数学模型7/25/202115过程控制与仪表四、阶跃响应辨识建模一阶过程——直角坐标图解法对象参数K0和T0解：Ko:T0:过原点作

7、曲线的切线，该切线与线交于A点，则OA在时间轴上的投影即为时间常数7/25/202116过程控制与仪表四、阶跃响应辨识建模一阶过程——半对数坐标图解法对象参数K0和T0解：Ko:T0:若以为纵坐标变量，t以为横坐标变量7/25/202117过程控制与仪表四、阶跃响应辨识建模一阶过程——半对数坐标图解法解：T0:7/25/202118过程控制与仪表四、阶跃响应辨识建模一阶时延——解析法对象参数K0、T0、τ解：Ko:T0、τ:过D点作曲线的切线，