【正文】 方法的特點(diǎn)： 不是只憑階躍響應(yīng)曲線上的兩個(gè)孤立點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，而是根據(jù)整個(gè)曲線的態(tài)勢(shì)進(jìn)行擬合的，因此，即使采取較低的階數(shù)，也可以指望得到較好的擬合結(jié)果。 由階躍響應(yīng)確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個(gè)常用的經(jīng)典辨識(shí)法 幾個(gè)確定傳遞函數(shù)參數(shù)的方法： （ 5）確定有理分式的方法： 方法的關(guān)鍵： 在于確定各 Kr之值，這需要進(jìn)行多次積分，不但計(jì)算量大，而且精度愈來(lái)愈低。 0 .5 5 )tt( 1 .7 4)T(TTT)tt(1TT21221212121?????由階躍響應(yīng)確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個(gè)常用的經(jīng)典辨識(shí)法 幾個(gè)確定傳遞函數(shù)參數(shù)的方法： （ 3）確定二階慣性加純遲延環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)中參數(shù)K、 T1 、 T2和 τ的方法： 上述結(jié)果可驗(yàn)證如下： ?當(dāng) T2=T2時(shí)，二階對(duì)象 中的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相等，根據(jù)它的階躍響應(yīng)解析式可知： 1)s1)(Ts(T K(s )21 ???G tt12121 ?????將 T2=T1時(shí)代入式 所求結(jié)果相等。 ?例如： 可以取 y*(t)分別等于 ，從曲線上定出 t1和 t2。 ?用 二階慣性加純遲延環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)去擬合已截去純遲延部分并已化為無(wú)量綱形式的階躍響應(yīng) y*(t)。 ?優(yōu)點(diǎn)： 由于其中包含兩個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，可以擬合得更好。此外，兩個(gè)特定點(diǎn)的選擇也具有某種隨意性，因此得到的結(jié)果其可靠性也是值得懷疑的。 由階躍響應(yīng)確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個(gè)常用的經(jīng)典辨識(shí)法 幾個(gè)確定傳遞函數(shù)參數(shù)的方法： （ 2）確定一階慣性加純遲延環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)中參數(shù)K、 T和 τ的兩點(diǎn)法：利用階躍響應(yīng) y(t)上兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)去計(jì)算 T和 τ；增益 K按輸入輸出穩(wěn)態(tài)值計(jì)算 首先： 需要把 y(t)轉(zhuǎn)換成它的無(wú)量綱形式 y*(t),即： )y()()(*?? tyty由階躍響應(yīng)確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個(gè)常用的經(jīng)典辨識(shí)法 幾個(gè)確定傳遞函數(shù)參數(shù)的方法： （ 2）確定一階慣性加純遲延環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)中參數(shù)K、 T和 τ的兩點(diǎn)法 與一階慣性加純遲延環(huán)節(jié)相對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)無(wú)量綱形式為： t)Tte x p ( 1 t 0)(*???????????ty?上式中只有兩個(gè)參數(shù) T和 τ，因此只能根據(jù)兩個(gè)點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。 其次： 在作圖中，切線的畫(huà)法也有較大的隨意性，這直接關(guān)系到 τ和 T的取值。 ?考慮到傳遞函數(shù)的可靠性受到其原始資料即階躍響應(yīng)的可靠性的限制，而后者一般是難以測(cè)試準(zhǔn)確的，因此沒(méi)有必要過(guò)分追求擬合的完美程度。 由階躍響應(yīng)確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個(gè)常用的經(jīng)典辨識(shí)法 確定參數(shù)問(wèn)題 ?各種不同形式的傳遞函數(shù)中所包含的參數(shù)數(shù)目不同。 注意： 用測(cè)試法建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，首要問(wèn)題就是 選定模型的結(jié)構(gòu) ；接下一步問(wèn)題是如何確定其中的各個(gè)參數(shù) 使之能夠擬合測(cè)試出的階躍響應(yīng)。 由階躍響應(yīng)確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個(gè)常用的經(jīng)典辨識(shí)法 ?根據(jù)測(cè)定到的階躍響應(yīng)，可以把它擬合成近似的傳遞函數(shù)。 階躍響應(yīng)的獲取 三、 幾個(gè)常用的經(jīng)典辨識(shí)法 矩形脈沖輸入 U(t)可視為兩個(gè)階躍擾動(dòng) U1(t)和U2(t)的疊加，它們的幅度相等，但方向相反，開(kāi)始作用時(shí)間不同。 階躍響應(yīng)的獲取 三、 幾個(gè)常用的經(jīng)典辨識(shí)法 為了能夠施加比較大的擾動(dòng)幅度而又不致于嚴(yán)重干擾正常生產(chǎn)，可以用 矩形脈沖 輸入代替通常的階躍輸入： 即大幅度的階躍擾動(dòng)施加一小段時(shí)間后立即將它切除。試驗(yàn)期間應(yīng)設(shè)法避免發(fā)生偶然性的其它擾動(dòng)。過(guò)小的階躍擾動(dòng)幅度不能保證測(cè)試結(jié)果的可靠性，而過(guò)大的擾動(dòng)幅度則會(huì)使正常生產(chǎn)受到嚴(yán)重的干擾甚至危及生產(chǎn)安全。 ? 控制方案的選擇原則為：在滿(mǎn)足工藝控制要求的前提下，控制方案應(yīng)盡量簡(jiǎn)單實(shí)用。 過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 ? 根據(jù)上述分析，被控變量的選擇原則：深入了解工藝過(guò)程，選擇能夠反映工藝過(guò)程的被控變量；控制通道的 Ko盡量大；過(guò)程的 τo/To應(yīng)盡量小；過(guò)程的 To/Tf 應(yīng)盡量小；擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離被控變量。它僅表示擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的時(shí)間先后，即不影響控制系統(tǒng)控制品質(zhì)。 – 在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)應(yīng)盡量減小時(shí)滯，有時(shí)可增大時(shí)間常數(shù)以減小 τo/To。 過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 時(shí)滯的影響 ? ⑴ 控制通道時(shí)滯的影響 – 當(dāng)檢測(cè)變送環(huán)節(jié)存在時(shí)滯時(shí)，被控變量的變化不能及時(shí)傳送到控制器； – 當(dāng)被控對(duì)象存在時(shí)滯時(shí)，控制作用不能及時(shí)使被控變量變化； – 當(dāng)執(zhí)行器存在時(shí)滯時(shí)，控制器的信號(hào)不能及時(shí)引起操縱變量的變化。換言之，時(shí)間常數(shù)越大，過(guò)渡過(guò)程越慢。 – 若 τo/To固定，時(shí)間常數(shù) To大，則為使穩(wěn)定性不變， ω應(yīng)減小，因此，時(shí)間常數(shù)大時(shí)，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，振蕩頻率減小，回復(fù)時(shí)間變長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。 ? ⑵ 擾動(dòng)通道增益的影響 –在其他因素相同條件下， KfF越大，余差越大，最大偏差越大。 U ( s ) F ( s ) R ( s ) Gc( s ) 圖 2 23 過(guò)程特性對(duì)性能指標(biāo)的影響 Go( s ) Gf( s ) E ( s ) Y ( s ) 過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 增益的影響 ? ⑴ 控制通道增益的影響 –隨著過(guò)程增益 Ko的增加，余差減小，最大偏差減小，控制作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性變差。 過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 過(guò)程特性對(duì)控制性能指標(biāo)的影響（自衡的非振蕩過(guò)程 ） ? 假設(shè)過(guò)程特性是廣義對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)如圖 223所示。 ? 把對(duì)象作為具有純滯后的一階對(duì)象來(lái)處理： ? ? s 00 e1sTKsG ????過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 ? 在響應(yīng)曲線拐點(diǎn)處作切線（見(jiàn)圖 212），各參數(shù)求法如下： ? ? τ=時(shí)間軸原點(diǎn)至通過(guò)拐點(diǎn)切線與時(shí)間軸交點(diǎn)的時(shí)間間隔 ? T0=被控變量 y完成全部變化量的 ％所需時(shí)間 τ。如參數(shù)不回原值，誤差較大 周期函數(shù) 正弦波 需要專(zhuān)用設(shè)備 低頻部分好 尚小 長(zhǎng) 中等 非周期性 隨機(jī)函數(shù) 白噪音或其他規(guī)定的隨機(jī)函數(shù) 需要專(zhuān)用設(shè)備 尚好 小 較長(zhǎng) 大，用計(jì)算機(jī) 日常工作紀(jì)錄 不需專(zhuān)用設(shè)備 較低 無(wú) 長(zhǎng) 大，用計(jì)算機(jī) 周期性 隨機(jī)函數(shù) 準(zhǔn)隨機(jī)雙值信號(hào) 數(shù)字計(jì)算機(jī)或 專(zhuān)用設(shè)備 較低 較小 中 大，用計(jì)算機(jī) 過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 階躍響應(yīng)法 ? 階躍響應(yīng)法非常簡(jiǎn)單，只要有遙控閥和被控變量紀(jì)錄儀表就可以進(jìn)行。它不僅便于把原來(lái)非線性的系統(tǒng)線性化，而且通過(guò)坐標(biāo)的移動(dòng)，把工作點(diǎn)作為原點(diǎn)，使輸出輸入關(guān)系更加清晰，且便于運(yùn)算；另外，在控制理論中普遍應(yīng)用的傳遞函數(shù)，就是在初始條件為零的條件下定義的，采用增量形式可以方便地求得傳遞函數(shù)。 ? 在建立過(guò)程動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型時(shí)，輸出變量 y與輸入變量 u可用三種不同形式，即可絕對(duì)值 Y和 U表示，用增量 ⊿ Y和 ⊿ U表示，用無(wú)因次形式的 y和 u表示。按此實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行閉環(huán)辨識(shí)可以得到精度與開(kāi)環(huán)辨識(shí)相近的過(guò)程模型。 ? （ 3）改變線性反饋規(guī)律如控制器的放大系數(shù)。 – 有人總結(jié)出在控制器有噪聲源或有外部輸出信號(hào)等非常一般化的結(jié)構(gòu)下，閉環(huán)可辨識(shí)的實(shí)驗(yàn)條件： ? （ 1）在控制器輸出端施加外部信號(hào)。 過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 信號(hào)發(fā)生，測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 模型結(jié)構(gòu)確定 最終驗(yàn)證 模型驗(yàn)證 目的要求 驗(yàn)前知識(shí) 模型結(jié)構(gòu) 的假 定 辨識(shí)方法的應(yīng)用 過(guò)程模型 非參量 參量 經(jīng)濟(jì)分析 過(guò)程內(nèi)在規(guī)律操作數(shù)據(jù) 圖 2 6 系統(tǒng)辨織的一般程序 過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 ? （ 3）開(kāi)環(huán)與閉環(huán)辨識(shí) – 目前一般常用辨識(shí)方法是在開(kāi)環(huán)條件下進(jìn)行的。該類(lèi)過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線如圖 25所示 圖 2 5 反向特性過(guò)程的階躍響應(yīng) 過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的途徑 ? （ 1）機(jī)理模型的建立 –驗(yàn)前知識(shí) –原始微分方程推導(dǎo) –數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化 –數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證 過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 ? （ 2）系統(tǒng)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì) –由測(cè)試數(shù)據(jù)直接求取模型的途徑稱(chēng)為系統(tǒng)辨識(shí)，而把在已定模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，由測(cè)試數(shù)據(jù)確定參數(shù)的方法稱(chēng)為參數(shù)估計(jì)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中這類(lèi)過(guò)程不多見(jiàn)。 圖 2 3 無(wú)自衡的非振蕩過(guò)程 過(guò)程控制 系統(tǒng) 第二講 ? 具有無(wú)自衡的非振蕩過(guò)程的特性可用式（ 211）、式（ 212）的傳遞函數(shù)描述： ? 具有時(shí)滯的積分環(huán)節(jié)： ? （ 211） ? 具有時(shí)滯的一階和積分串聯(lián)環(huán)節(jié)： （ 212） ?sesKsG ??)(?sesTsKsG ???