【正文】 亦有人統(tǒng)稱之為系統(tǒng)辨識，而把參數(shù)估計作為其中的一個步驟。 – 開環(huán)辨識對一些實驗裝置與小型裝置實施是方便的，而對工業(yè)生產(chǎn)裝置、特別是大型裝置施行開環(huán)辨識，必然破壞生產(chǎn)的正常進行，被控變量長時間偏離設定值，一般生產(chǎn)單位是不希望的；被辨識過程是更大的復雜過程的一部分，無法除去反饋。 ? （ 2）在控制器輸入端施加外部信號。 ? 對于單輸入單輸出離散隨機系統(tǒng)，數(shù)學仿真結果表明，在控制器輸出端施加準隨機二位信號的實驗條件是適宜于工業(yè)生產(chǎn)過程應用的閉環(huán)辨識實驗條件。 過程控制 系統(tǒng) 第二講 工業(yè)過程動態(tài)機理模型 ? 動態(tài)數(shù)學模型的一般列寫方法 – 從機理出發(fā)，用理論的方法得到過程動態(tài)數(shù)學模型，其主要依據(jù)是物料平衡和能量平衡關系式 ： ? 單位時間內(nèi)進入系統(tǒng)的物料量（或能量） 單位時間內(nèi)由系統(tǒng)流出的物料量（或能量） =系統(tǒng)內(nèi)物料（或能量）蓄藏量的變化率 ? 為了找到輸出變量 y與輸入變量 u之間的關系，必須設法消除原始微分方程中的中間變量，常常要用到相平衡關系式，用到傳熱、傳質(zhì)及化學反應速率關系式等。 過程控制 系統(tǒng) 第二講 ? 在控制理論中，增量形式得到廣泛的應用。 過程控制 系統(tǒng) 第二講 ? 串接液位貯槽的數(shù)學模型 Q12 Qo R2 R1 A2 h2 Qi A1 h1 圖 2 7 串接液位貯槽 過程控制 系統(tǒng) 第二講 ? . 換熱器的數(shù)學模型 M1 圖 2 8 換熱器 M2 G1, C1, θ1o G1, C, θ1i G2, C2, θ2i G2, C2, θ2 o 過程控制 系統(tǒng) 第二講 ? . 二元物系精餾塔的數(shù)學模型 MB 圖 2 9 二元精餾塔 F , xF, D, xD LR V1 y1 V N 1 n 1 j + 1 n+ 11 n j MP, xD D , xB 過程控制 系統(tǒng) 第二講 ? 應器的數(shù)學模型 圖 2 11 連續(xù)攪拌槽式反應器 F0,CA 0 , i?0? F0,CA, ? ? Fc,ci?c? Fc,0c?c? 過程控制 系統(tǒng) 第二講 過程辨識與參數(shù)估計 信號類型 需要設備 測試精確度 對工藝 影響 測試 時間 計算工作量 其他 非周期 函數(shù) 階躍函數(shù) 不需專用設備 尚好 大 短 小，可手工計算 會受干擾，可能會進入非線性區(qū)域 脈沖函數(shù) 不需專用設備 低 較小 短 小，可手工計算 會受干擾。 ? 先使工況保持平穩(wěn)一段時間，然后使閥門作階躍式的變化（通常在 10％以內(nèi)），在此同時把被控變量的變化過程記錄下來，得到廣義對象的階躍響應曲線。 ? ?uyK0 ?? ??過程控制 系統(tǒng) 第二講 脈沖響應法 過程控制 系統(tǒng) 第二講 相關函數(shù)法 ? 用統(tǒng)計相關函數(shù)法測定過程的動態(tài)特性是將一個特定的隨機信號 u(t)加到被測過程的輸入端，然后計算過程輸出信號 y(t)與輸入信號 u(t)的互相關函數(shù)，從這個互相關函數(shù)來度量過程的脈沖響應函數(shù)。 ? 從控制系統(tǒng)組成可以看到，控制系統(tǒng)有兩個 通道，即控制通道和擾動通道。在其他因素相同條件下，如果過程增益 Ko越大，則控制作用就越大，克服擾動的能力也越強。 過程控制 系統(tǒng) 第二講 時間常數(shù)的影響 ? ⑴ 控制通道時間常數(shù)的影響 – 在時滯 τo與時間常數(shù) To之比不變條件下進行討論。反之，若 τo/To固定，時間常數(shù) To小，則振蕩頻率增大，回復時間變短，動態(tài)響應變快。 ? ⑵ 擾動通道時間常數(shù)的影響 – 擾動通道時間常數(shù) Tf大，擾動對系統(tǒng)輸出的影響緩慢，有利于通過控制作用克服擾動的影響。 – 因此，開環(huán)傳遞函數(shù)存在時滯，引起相位滯后，從而使交界頻率和臨界增益降低，使控制不及時，超調(diào)增大，穩(wěn)定性下降，使閉環(huán)系統(tǒng)的控制品質(zhì)下降。 過程控制 系統(tǒng) 第二講 ? ⑵ 擾動通道時滯的影響 –時滯 τf的存在不影響系統(tǒng)閉環(huán)極點的分布，因此，不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。 過程控制 系統(tǒng) 第二講 擾動進入系統(tǒng)位置的影響 ? 進入系統(tǒng)的擾動位置遠離被控變量，等效于擾動傳遞函數(shù)中的時間常數(shù)增大，因此，與擾動通道時間常數(shù)的影響相似。 ? 操縱變量的選擇原則為：選擇對被控變量影響較大的操縱變量，即 Ko盡量大；選擇對被控變量有較快響應的操縱變量，即過程的 τo/To應盡量??；過程的 To/Tf 應盡量??；使過程的 KfF盡量?。还に嚨暮侠硇耘c動態(tài)響應的快速性應有機結合。 過程控制 系統(tǒng) 第二講 階躍響應的獲取 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 測取階躍響應的原理很簡單，但在實際工業(yè)過程中進行這種測試會遇到許多實際問題： ?例如不能因測試使正常生產(chǎn)受到嚴重干擾 ?盡量設法減少其它隨機擾動的影響 ?系統(tǒng)中非線性因素的考慮 階躍響應的獲取 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 為了得到可靠的測試結果，應注意如下事項： （ 1）合理選擇階躍信號的幅度。 （ 2）試驗開始前確保被控對象處于某一選定的穩(wěn)定工況。 階躍響應的獲取 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 為了得到可靠的測試結果，應注意如下事項： （ 3）考慮到實際被控對象的非線性，應選取不同的負荷，在被調(diào)量的不同設定值下，進行多次測試即使同一負荷和被調(diào)量的同一設定值下，也要在正向和反向擾動下重復測試，以求全面掌握對象的動態(tài)特性。 注意： 矩形脈沖響應不同于正規(guī)的階躍響應，但兩者之間有密切關系，可以從中求出所需的脈沖響應。有： )()( (t ))((t )1221ttutuutuu??????階躍響應的獲取 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 假定對象無明顯非線性，則矩形脈沖響應就是兩個階躍響應之和，即： )()( ( t ))(( t ) 1121 ttytyytyy ??????所需的階躍響應即為： )()()( 11 ttytyty ????可以用逐段遞推的作圖方法得到階躍響應y1(t)。文獻提出的方法很多，它們所采用的傳遞函數(shù)在形式上也是各式各樣的。 由階躍響應確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 （選定模型結構問題） 典型的工業(yè)過程的傳遞函數(shù)可以取為如下各種形式：（適用于自衡過程） 1TsKe(s ) s???G① 一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延： ② 二階或 n階慣性環(huán)節(jié)加純遲延： ③ 用有理分式表示的傳遞函數(shù)： 1)s1)(Ts(TKe(s )21s????G 1)(T sKe(s )ns???G)(e asasabsbsb(s ) s01n01m mnGnm???????? ???由階躍響應確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 （選定模型結構問題） 對于非自衡過程，其傳遞函數(shù)應含有一個積分環(huán)節(jié)： sae sT1(s ) ??G① 一階積分環(huán)節(jié)加純遲延： ② 一階積分、慣性環(huán)節(jié)加純遲延： sae 1)s (T sT1(s ) ???G由階躍響應確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 （選定模型結構問題） 傳遞函數(shù)形式的選用決定于： ① 關于被控對象的驗前知識； ② 建立數(shù)學模型的目的，從中可以對模型的準確性提出合理要求。 ?一般而言，參數(shù)愈多，就可以擬合得更完美，但計算工作量也愈大。 由階躍響應確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 幾個確定傳遞函數(shù)參數(shù)的方法： （ 1）確定一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延傳遞函數(shù)中參數(shù) K、 T和 τ的作圖法 ?如果階躍響應是一條如左圖所示的S形的單調(diào)曲線，就可以用下式去擬合： 1TsKe(s ) s???G由階躍響應確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 幾個確定傳遞函數(shù)參數(shù)的方法： （ 1）確定一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延傳遞函數(shù)中參數(shù) K、 T和 τ的作圖法 ?增益 K可以由輸入輸出的穩(wěn)態(tài)值直接算出； ?τ和 T可以用作圖法確定； 由階躍響應確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 幾個確定傳遞函數(shù)參數(shù)的方法： （ 1）確定一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延傳遞函數(shù)中參數(shù)K、 T和 τ的作圖法 ?作圖法的擬合程度一般是很差的，原因為： 首先： 一階慣性環(huán)節(jié)加純遲延所對應的階躍響應是一條向后平移了 τ 時刻的指數(shù)曲線，它不可能完美地擬合一條 S形曲線。 但是： 作圖法十分簡單，而且實踐證明它可以成功應用與 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。 由階躍響應確定近似傳遞函數(shù) 三、 幾個常用的經(jīng)典辨識法 幾個確定傳遞函數(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的兩點法 選定兩個時刻 t1和 t2，其中 t1 t2 ≥ τ ，從測試結果中讀出 y*(t1)和 y*(t2)，并寫出下述聯(lián)立方程： )Tte x p( 1)( )Tte x p( 1)(22*11*???