动态数学模型概述课件.ppt

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1、《化工过程动态数学模型》硕士研究生课程-2010陈祥光7/29/20211化工过程动态数学模型（化工与环境学院）第1章概述补充：基本概念（一）基本概念（二）1.1化工过程动态数学模型的作用和要求1.2化学工业、化工过程与其他学科的关系1.3化工过程分析的主要步骤1.4建立动态数学模型的途径1.5系统辨识—测试法1.6系统辨识与参数估计1.7化工过程动态数学模型的发展1.8化工过程动态数学模型的研究方向和内容7/29/20212化工过程动态数学模型（化工与环境学院）第一章概述基本概念（一）（1）化工系统包括化学过程本身

2、；进行化学过程的设备；监测和控制过程的全部手段及其之间的各种关系。工程系统：指由相互关联的部件组成一个整体，实现特定的目标：如电力系统、石油系统、机械系统、热工系统、化工系统等。7/29/20213化工过程动态数学模型（化工与环境学院）（2）非工程系统大至宇宙、自然、人类社会，小至粒子、细胞，普遍存在相互关联、相互制约的事物，它们形成一个整体，实现某一目的。如：海洋系统、人口系统、交通系统、气象系统、生物系统。1-1系统的简单结构任何系统都有输入和输出，而系统通常都受到干扰，因此，要用控制作用来补偿这些干扰。7/29

3、/20214化工过程动态数学模型（化工与环境学院）AueR系统的例子很多，如图1-2所示的对象（反应器）中进行的受控化学过程就是一个系统。控制系统方块图图1-2某一受控化学过程7/29/20215化工过程动态数学模型（化工与环境学院）（3）化工过程按照物质、能量内部联系的性质，所有的化工过程一般可分为：流体力学过程、传热过程、扩散过程、化学过程和机械过程。按其性质，过程还可分为确定过程和随机过程。在确定过程中，输入值是按确定的规律连续变化的。确定过程可用经典的解析方法和数值方法描述。如带搅拌器的混合均匀的流通式反应器

4、就是确定过程的一个例子。在随机过程中，输入值的变化是不规则的，且往往是不连续的。此时，输出值与输入值并无一定的对应关系。描述随机过程要用概率统计的方法。在接触催化过程中，产品的产率随催化剂的活性而变，而催化剂的活性与它的老化程度有关。7/29/20216化工过程动态数学模型（化工与环境学院）化工生产通常都是按三种基本操作进行：原料准备、化学变化本身和目标产品的分离。现代化工企业作为一个大系统，是由许多相互联系的子系统构成的。子系统之间有着相互从属的关系，即可分为三个等级(如图1-3所示)。（4）系统的等级7/29/2

5、0217化工过程动态数学模型（化工与环境学院）（5）数学模型的主要类型集中参数模型：若过程模型的主要变量随时间而变，则描述这类过程的模型叫集中参数模型，以常微分方程形式表示。分布参数模型：若过程模型的主要变量随时间和空间而变，或只随空间而变，但空间的维数大于1，则描这类过程的模型叫分布参数模型，以偏微分方程形式表示。7/29/20218化工过程动态数学模型（化工与环境学院）完整的数学模型包含：①过程的主要变量；②静态时主要变量之间的联系；③过程的约束；④目标函数；⑤动态时主要变量之间的联系。其建模的主要工作如图1-4

6、所示。7/29/20219化工过程动态数学模型（化工与环境学院）（6）系统或环节在输入作用下的输出特性由于在环节的输入端上信号变化的特性不同，在环节的输出端上信号特性也不一样。通常在确定环节的数学模型时，其输入端信号有如下三种形式：①输入值（如系统中的示淙剂浓度）阶跃地变到一个新的值，得到图1-5a所示曲线，这是阶跃扰动。②瞬时地改变输入值（δ-函数），得到图1-5b所示曲线，这是脉冲扰动。③按照谐振规律改变输入值，在输出端上得到振幅和相位都已改变的正弦曲线（如图1-5c所示），这是正弦扰动（频率特性）。7/29/2

7、02110化工过程动态数学模型（化工与环境学院）图1-5输入信号和输出信号的类型7/29/202111化工过程动态数学模型（化工与环境学院）图1-5输入信号和输出信号的类型7/29/202112化工过程动态数学模型（化工与环境学院）图1-5输入信号和输出信号的类型7/29/202113化工过程动态数学模型（化工与环境学院）（7）典型环节在阶跃输入作用下的输出状态7/29/202114化工过程动态数学模型（化工与环境学院）（8）生产过程自动监控系统7/29/202115化工过程动态数学模型（化工与环境学院）基本概念（二

8、）（1）建立动态数学模型的目标及意义建立数学模型对新工艺的研究、工艺过程的放大开发、过程设计、生产过程的技术改造、产品的质量管理与生产控制、操作人员的训练，以及控制系统的设计与分析等具有重要的意义。7/29/202116化工过程动态数学模型（化工与环境学院）（2）建立化工过程动态数学模型的途径①依据内在机理来推导---这就是化工动态学的方法（要