第二章-过程建模

第二章 过程建模 本章提要1.过程建模的基本概念2.单容过程的数学模型的建立3.多容过程的数学模型的建立4.用响应曲线法辨识过程的数学模型5.用相关统计法辨识过程的数学模型6.用最小二乘参数估量方法的系统辨识 授课内容第一节 基本概念在过程控制系统的分析和设计中，过程的数学模型是极其重要的基础资料。所以，建立过程的数学模型对于实现生产过程自动化有着十分重要的意义。一个过程控制系统的优劣，主要取决于对生产工艺过程的了解和建立过程的数学模型。1. 基本概念被控过程-----指指正在运行中的多种多样的工艺生产设备。(P11)被控过程的数学模型-----指过程在各输入量（包括控制量和扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。(P11)过程模型的两种描述形式：非参量形式：即用曲线或数据表格来表示（形象、直观，但对进行系统的设计和综合不方便）。参量形式：即用数学方程来表示（方便，描述形式有：微分方程、传递函数、差分方程、脉冲响应函数、状态方程和观察方程等）。过程控制系统方框图：内部扰动（基本扰动）-----通常是一个可控性良好的输入量，选作为控制作用，即调节器的输山量(u(t))作为控制作用。基本扰动作用于闭合回路内，所以对系统的性能起决定作用。外部扰动------其他的输入量则称为扰动作用（f1（t）～fn（t））。外部扰动对过程控制也有很大影响。输入量-----（u1(t)、u2(t)、、、un(t)，f1(t)、f2(t)、、、fn(t)）输出量-----（y1(t)、y2(t)、、、yn(t)）通道-----被控过程输入量与输出量之间的信号联系。控制通道-----控制作用与被控变量之间的信号联系。扰动通道-----扰动作用与被控变量之间的信号联系。注：x(t)为系统的设定值（给定值、比较值）单输入单输出系统------多输入单输出系统------多输入多输出系统------需要解耦控制过程的阶跃响应曲线：注：大多数被控过程特性的特点是被控量的变化往往是不振荡的、单调的、有时延的和惯性的。上图表示在输入扰动 x（其实应该是 u 或 f）作用下，输出 y（被控量）的具有时延的响应。自衡过程-----过程对扰动的响应有时延，被控量变化最后达到新的平衡，即过程具有自平衡能力。如图 2—2(a)所示；无自衡过程-----被控量不断交化最后不再平衡下来，过程无自平衡能力。如图 2—2(b)所示。2.建立过程数学模型的目的设计过程控制系统和整定调节器参数。过程控制系统设计时选择控制通道、...