【正文】 ?原來平衡時 Q0=Q1=Qi,H10=h20 ?當輸入有擾動 后 0Q? iQ?iQ?021 , Qhh ??? 多容對象的動態(tài)特性 4）相互作用的雙容對象 1121 QRhh ?????dthdCi111?????222 RhQ???dthdC 2201????? 多容對象的動態(tài)特性 （ 1） （ 2） （ 4） （ 3） ?可得對應的傳遞函數(shù)為 多容對象的動態(tài)特性 4）相互作用的雙容對象 ?若以 Δh2為被控參數(shù) ， 則 1)()()(1222112221122???????sCRCRCRsCRCRRsQsHi1)(1)()(122211222112???????sCRCRCRsCRCRsQsHi? 過程控制系統(tǒng)建模概念 ? 機理建模方法 ? 測試建模方法 第二章 過程控制系統(tǒng)建模方法 ?當生產(chǎn)過程機理不明、模型參數(shù)難以確定時，需要用過程辯識方法把數(shù)學模型估計出來。 ?無延遲的單容對象的微分方程 ?有純延遲的單容對象的微分方程 ?純延遲的單容對象的傳遞函數(shù) 具有純延遲的單容對象特性 uKhdt hdT ?????)( 0??????? tuKhdt hdTseTsKsUsHsG 01)()()( ???????0? 機理建模方法 ? 單容對象的傳遞函數(shù) ? 具有純遲延的單容對象特性 ? 無自平衡能力的單容對象特性 ? 多容對象的動態(tài)特性 ?自平衡過程 ? 受擾后被調量能夠自動地穩(wěn)定在新的平衡點上的過程 ? 如，用慣性環(huán)節(jié)描述的單容對象 ? 自平衡過程是一種穩(wěn)定的過程 ? 無自平衡過程 ? 受擾后，無法自動恢復平衡的過程 ? 如，用積分環(huán)節(jié)描述的單容對象 無自平衡能力的單容對象特性 無自平衡能力的單容水槽 無自平衡能力的單容對象特性 無自平衡能力的單容對象 ?流出端采用容積式計量泵 ? 排出恒定的流量 Qo ? 輸入流量受擾后，水位或一直上升或一直下降 ? 無法通過控制使其平衡 ?無自平衡能力的單容對象其動態(tài)方程為 ?將上式改寫為 uKQdt hdA ui ?????無自平衡能力的單容對象的特性分析 無自平衡能力的單容對象特性 A —— 液槽截面積 uuAKdt hd u ????? ?ε—— 響應速度 tT utuha?????? ?Ta—— 響應時間 圖 無自平衡能力單容對象階躍響應曲線 無自平衡能力的單容對象特性 無自平衡能力的單容對象的特性分析（續(xù)） ?無自平衡能力的單容對象的傳遞函數(shù) ?這是一個積分環(huán)節(jié) sTsUsHsGa11)()()( ?????tT utuha?????? ? 機理建模方法 ? 單容對象的傳遞函數(shù) ? 具有純遲延的單容對象特性 ? 無自平衡能力的單容對象特性 ? 多容對象的動態(tài)特性 ?具有兩個水槽 —— 雙容對象 1）有自衡能力的雙容對象 2）有自衡能力的多容對象 3）無自衡能力的雙容對象 4）相互作用的雙容對象 多容對象的動態(tài)特性 1）具有自平衡能力的雙容對象 ?兩個串聯(lián)對象的模型 ? 流入：閥門開度的微小擾動 Δu ? 被控參數(shù)：下水槽的水位變化 Δh2 ?Δu與 Δh2間的動態(tài)方程 多容對象的動態(tài)特性 dthdC 2221?????222 RhQ ???111 RhQ ???dthdCi 111?????uKQ ui ???uKhdt hdTTdt hdTT ???????? 22212 2221 )(其中： C C2——兩液槽的容量系數(shù)； R R2——兩液槽的出水端的阻力； T1=R1C1——第一個容器的時間常數(shù)； T2=R2C2——第二個容器的時間常數(shù)； K=KuR2——雙容對象的放大系數(shù) 。 調節(jié)閥 1開度變化所引起的流入量變化 ΔQi， 需要經(jīng)過一段傳輸時間 T0， 才能對水槽液位產(chǎn)生影響 ， T0 是純延遲時間 。 過程控制系統(tǒng)建模的兩個基本方法 輸入 輸出 二 階 系 統(tǒng) ?測試建模中施加擾動的必要性 ? 為了獲得動態(tài)特性，必須使被研究的過程處于被激勵的狀態(tài)，如施加一個階躍擾動或脈沖擾動等。 ? 如 RLC電路 ， 遵循基爾霍夫定理 ? 如單容水槽 ， 遵循物料平衡關系 過程控制系統(tǒng)建模的兩個基本方法 機理法建模（續(xù)） ?機理法建模的首要條件 ? 生產(chǎn)過程的機理為人們充分掌握，并且可以比較確切地加以數(shù)學描述 ?機理法建模的問題 ? 煩瑣 ? 模型中某些參數(shù)難以確定 ?機理建模的準則 ? 簡單、適用、滿足合理的精度和實時性要求 過程控制系統(tǒng)建模的兩個基本方法 測試法建模 ?根據(jù)工業(yè)過程的輸入和輸出的實測數(shù)據(jù)進行數(shù)學處理后得到的模型。 ?所以 —— 適用性 ? 在建立數(shù)學模型時 ， 要抓住主要因素 ， 忽略次要因素 ， 需要做很多近似處理 ， 如：線性化 、 分布參數(shù)系統(tǒng)和模型降階處理等 。 ? 合適的實驗數(shù)據(jù)是驗證模型和建模的重要依據(jù) 。 ? 在建模中必須掌握建模對象所要用到的先驗知識 。est 2 過程控制系統(tǒng)建模方法 本章學習內容 ? 過程控制系統(tǒng)建模概念 ? 機理建模方法 ? 測試建模方法 第二章 過程控制系統(tǒng)建模方法 ? 建模概念 ? 過程控制系統(tǒng)建模的兩個基本方法 4 過程控制系統(tǒng)建模概念 建模的概念 ?建立被控對象的數(shù)學模型 ? 例如，典型的 RLC電路 uc u ccc udtduLCdtudRCu ???22? 用方程列寫的數(shù)學模型 ? 用圖形表示的數(shù)學模型 R....CL0 5 10 15 20 2500 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4 u ( s e c )uc輸出 uc 輸入 u ? 建模需要三類主要的信息源 要確定明確的輸入量與輸出量 ? 通常選一個可控性良好 ， 對輸出量影響最大的一個輸入信號作為輸入量 ， 其余的輸入信號則為干擾量 。 建模的概念 要有先驗知識 ? 在建模中 ， 被控對象內部所進行的物理 、 化學過程符合已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的許多定理 、 原理及模型 。 試驗數(shù)據(jù) ? 過程的信息也能通過對對象的試驗與測量而獲得 。 建模需要三類主要的信息源（續(xù)） 建模的概念 圖 數(shù)學建模的信息源 ?用于控制的數(shù)學模型要求準確可靠，但并非越準確越好，這是因為 ： ? 準確 → 復雜 → 實時性差 → 影響在線運用 ? 閉環(huán)控制本身具有一定的魯棒性 ， 模型的誤差可以視為干擾 ， 閉環(huán)控制在某種程度上具有自動消除干擾影響的能力 。 建模的概念 關于過程系統(tǒng)建模的說明 —— 模型的準確性 4 過程控制系統(tǒng)建模概念 建模概念 過程控制系統(tǒng)建模的兩個基本方法 機理法建模 過程系統(tǒng)建模方法 測試法建模 過程控制系統(tǒng)建模的兩個基本方法 機理法建模 ?根據(jù)生產(chǎn)過程中實際發(fā)生的變化機理 ， 寫出各種有關的平衡方程： ? 物質平衡方程；能量平衡方程；動量平衡方程以及反映流體流動 、 傳熱 、 傳質 、 化學反應等基本規(guī)律的運動方程 ， 物性參數(shù)方程和某些設備的特性方程等 。 ?特點是把被研究的工業(yè)過程視為