[信息與通信]第二章過程建模和過程檢測(cè)控制儀表系統(tǒng)建模方法(編輯修改稿)
2025-03-13 17:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 11)( ???（ 2— 25） uTdthddthdTa????? 122 22 （ 2— 24） 167。 22 機(jī)理建模方法 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 40 167。 22 機(jī)理建模方法 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 41 (三 ) 相互作業(yè)用的雙容對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 167。 22 機(jī)理建模方法 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 42 167。 22 機(jī)理建模方法 要求建立： 輸入變量 輸出變量 的雙容對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。 0Q平衡時(shí)： 。， 012022 Qhh i ???iQ已知： 容量系數(shù)分別為 C1和 C2,液阻分別為 R R R3 要求： 寫出水位 h2為輸出量， Qi為輸入量的對(duì)象動(dòng)態(tài)方程； 畫出對(duì)象框圖 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 43 dthdCRhQdthdCQRhhi22012221111121?????????????????? 根據(jù)上圖所示的具有相互作用的雙容對(duì)象，可得各參數(shù)間的關(guān)系如下： （ 2— 27） 167。 22 機(jī)理建模方法 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 44 若以△ Q0為被控參數(shù)，對(duì)式（ 2— 27）整理可得對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)為： 1)(1)()(122211222110????? sCRCRCRsCRCRSQsQi（ 2— 27） 若以△ h2為被控參數(shù)，對(duì)式（ 2— 27）整理可得對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)為： 1)()()(1222112221122????? sCRCRCRsCRCRRSQsHi（ 2— 28） 167。 22 機(jī)理建模方法 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 45 167。 22 機(jī)理建模方法 思考及練習(xí)： 通過機(jī)理法建模得到對(duì)象的傳遞函數(shù)，針對(duì)我們所講的幾種對(duì)象，在 MATLAB中如何可以得到對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線？ 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 46 167。 23 測(cè)試建模方法 測(cè)試法建模： 是在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，根據(jù)過程輸入、輸出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即通過過程辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)的方法建立被控過程的數(shù)學(xué)模型。 測(cè)試法分類： 加專門信號(hào)、不加專門信號(hào) 。 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 47 167。 23 測(cè)試建模方法 加專門信號(hào)： 是在試驗(yàn)過程中改變所研究的過程輸入量，對(duì)其輸出量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理就可以求得過程的數(shù)學(xué)模型。 不加專門信號(hào)： 即利用過程在正常操作時(shí)所記錄的信號(hào)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來求得過程的數(shù)學(xué)模型。 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 48 一、對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法 測(cè)定動(dòng)態(tài)特性的時(shí)域方法 該方法是對(duì)被控對(duì)象施加 階躍輸入（非周期信號(hào)），測(cè)繪出對(duì)象輸出量隨時(shí)間變化的響應(yīng)曲線，或施加 脈沖輸入 測(cè)繪出輸出的脈沖響應(yīng)曲線。由響應(yīng)曲線的結(jié)果分析，確定出被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，因此，這種方法也稱為 響應(yīng)曲線法 。這種方法測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)試工作量小，因此應(yīng)用廣泛；缺點(diǎn)是測(cè)試精度不高。 167。 23 測(cè)試建模方法 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 49 測(cè)定動(dòng)態(tài)特性的頻域方法 該方法是對(duì)被控對(duì)象 施加不同頻率的正弦波 ，測(cè)出輸入量與輸出量的幅值比和相位差，從而獲得對(duì)象的頻率特性，來確定被控對(duì)象的傳遞函數(shù)。這種方法在原理和數(shù)據(jù)處理上都比較簡(jiǎn)單，測(cè)試精度比時(shí)域法高，但此法需要用專門的超低頻測(cè)試設(shè)備，測(cè)試工作量較大。 167。 23 測(cè)試建模方法 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 50 167。 23 測(cè)試建模方法 測(cè)定動(dòng)態(tài)特性的統(tǒng)計(jì)相關(guān)法 該方法是對(duì)被控對(duì)象施加 某種隨機(jī)信號(hào)或直接利用對(duì)象輸入端本身存在的隨機(jī)噪音 進(jìn)行觀察和記錄，由于它們引起對(duì)象各參數(shù)變化，可采用統(tǒng)計(jì)相關(guān)法研究對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。這種方法可以在生產(chǎn)過程正常狀態(tài)下進(jìn)行，可以在線辨識(shí)，精度也較高。但統(tǒng)計(jì)相關(guān)法要求積累大量數(shù)據(jù)，并要用相關(guān)儀表和計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理。 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 51 167。 23 測(cè)試建模方法 二、測(cè)定動(dòng)態(tài)特性的時(shí)域方法 該方法的測(cè)試原理如下圖所示。 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 52 167。 23 測(cè)試建模方法 （一）輸入信號(hào)選擇及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 響應(yīng)曲線法主要用于測(cè)取 階躍響應(yīng)曲線和矩形脈沖響應(yīng)曲線 。 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 53 u 階躍響應(yīng)曲線的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 將被控過程的輸入量作一階躍變化，同時(shí)記錄其輸出量隨時(shí)間而變化的曲線，則稱為階躍響應(yīng)曲線，如右圖所示。 隊(duì)躍響應(yīng)曲線能直觀、完全描述被控過程的動(dòng)態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法易于實(shí)現(xiàn)，只要使閥門開度作一階躍變化即可。 167。 23 測(cè)試建模方法 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 54 試驗(yàn)時(shí)必須注意： ①合理選擇階躍擾動(dòng)量，既不能太大，以免影響正常生產(chǎn)，也不能太小，以防止被控過程的不真實(shí)性。通常取階躍信號(hào)值值為正常輸入信號(hào)的 5%～ 15%，以不影響生產(chǎn)為準(zhǔn)。 ②試驗(yàn)應(yīng)在相同的測(cè)試條件下重復(fù)做幾次，需獲得兩次以上的比較接近的響應(yīng)曲線，減少干擾的影響。 ③試驗(yàn)應(yīng)在階躍信號(hào)作正、反方向變化時(shí)分別測(cè)出其響應(yīng)曲線，以檢驗(yàn)被控過程的非線性程度。 ④在試驗(yàn)前，即在輸入階躍信號(hào)前，被控過程必須處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在一次試驗(yàn)完成后，必須使被控過程穩(wěn)定一段時(shí)間后再施加測(cè)試信號(hào)做第二次試驗(yàn)。 167。 23 測(cè)試建模方法 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 55 矩形脈沖響應(yīng)曲線的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 階躍響應(yīng)曲線法是一種應(yīng)用比較廣泛的方法。但是對(duì)于有些不允許長(zhǎng)時(shí)間偏離正常操作條件的被控過程，可采用矩形法。另外，當(dāng)階躍信號(hào)幅值受生產(chǎn)條件限制而影響過程的模型精度時(shí)，就要改用矩形脈沖信號(hào)作為過程的輸入信號(hào)。其響應(yīng)曲線即為矩形脈沖響應(yīng)曲線，如右圖所示。由于試驗(yàn)所得階躍響應(yīng)曲線的參數(shù)估計(jì)較方便，所以仍需將其轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線。 u 167。 23 測(cè)試建模方法 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 56 在對(duì)象上加一階躍擾動(dòng)，待被控參數(shù)繼續(xù)上升（或下降）到將要超過允許變化范圍時(shí)，立即去掉擾動(dòng)，既將調(diào)節(jié)閥恢復(fù)到原來的位置上，這就變成了矩形脈沖擾動(dòng)形式。如圖 。 167。 23 測(cè)試建模方法 矩形脈沖的產(chǎn)生： 圖 由矩形脈沖響應(yīng)確定階躍響應(yīng) 過程控制 2022/3/12 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院 57 167。 23 測(cè)試
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