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《簡單控制系統(tǒng).過程模型及其建立》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、一、過程數學模型的表達形式與對模型的要求二、建立數學模型的兩個基本方法1.機理建模法2.測試建模法三、階躍響應確定傳遞函數1.階躍響應獲取應注意的問題2.確定自衡對象傳遞函數3.確定非自衡對象傳遞函數§1-3過程數學模型及其建立方法06:26No.1.被控對象數學模型的表達形式按模型結構劃分：輸入輸出模型狀態(tài)空間模型連續(xù)系統(tǒng)模型離散系統(tǒng)模型按系統(tǒng)的連續(xù)性劃分：2.被控對象數學模型的利用方式離線方式：模型在進行控制系統(tǒng)設計或調試整定階段中發(fā)揮作用。在線方式：模型嵌入控制系統(tǒng)中，具有實時性。3.對被控對象數學模型的要求不要求非常準確，閉環(huán)控制具有一定的魯棒
2、性。實域表達:階躍響應頻域表達：傳遞函數06:26No.4.對過程模型的要求對過程模型的要求是正確、可靠和簡單。5.過程動態(tài)模型可分為三類?黑箱模型(Blackbox)?灰箱模型(Graybox)或概念模型(conceptualmodel)?白箱模型(whitebox)稱經驗模型,其內部規(guī)律還很少為人們所知的現象內部規(guī)律尚不十分清楚，在建立和改善模型方面有許多工作要做的問題指那些內部規(guī)律比較清楚的模型06:26No.6.過程模型建立的方法系統(tǒng)辯識方法(SystemIdentification)；經驗建模方法；機理建模方法：混合方法?系統(tǒng)辯識方法：由輸入
3、輸出數據確定模型的結構和參數的建模方法，建立的模型稱為黑箱模型?過程辨識的方法按輸入變量的變化大致可分為非周期函數，周期函數，非周期性隨機函數及周期性函數等四類。常用階躍響應法和脈沖響應法；?需要驗前知識少，但建立的模型不具有放大功能，即不能類推到不同型號的放大設備或過程中；?把兩種途徑結合，介于上述兩種方法之間的建模方法，稱為混合方法。所得模型稱為灰箱模型。06:26No.1.機理建模方法：根據過程的內在機理，應用物料平衡、能量平衡和有關的化學、物理規(guī)律建立過程模型的方法是機理建模方法，又稱為過程動態(tài)學方法。建立的模型稱為白箱模型2.建立機理模型的方
4、法?列寫基本方程：物料平衡和能量平衡方程等；?消去中間變量，建立狀態(tài)變量x、控制變量u和輸出變量y的關系；?增量化：在工作點對方程進行增量化得增量方程?線性化：在工作點作線性化處理，簡化過程特性?列寫狀態(tài)和輸出方程06:26No.機理建模：物質平衡方程能量平衡方程動量平衡方程輸入輸出微分方程傳遞函數在工作點附近線性化處理06:26No.3.機理模型的優(yōu)點?充分利用已知的過程知識，從事物的本質上去認識外部特性?可驗前得出，在流程和設備的設計階段即能求??；?有較大的適用范圍，操作條件變化時可以類推。4.機理模型的缺點?對于復雜的過程，對基本方程的某些參數不
5、完全掌握，如換熱器的K值，由傳熱學知識提供的公式可能有±10～30％的誤差等?如不經過輸入輸出數據的驗證，則近乎紙上談兵，難以判斷其正確性06:26No.例：二階雙容水箱對象/機理建模kμ閥門系數R1,R2阻力系數F1、F2截面積Q2負荷μ(t)輸入h2被調量06:26No.則根據梅遜公式可得對象的等效傳遞函數為06:26No.測試建模/實驗法：實驗測試法建模是根據被控過程輸入、輸出的實測數據進行數學處理后得到數學模型。與機理法建模相比，測試法建模的主要特點是在預先設計一個合理的測試方案下，無需深入了解被控過程機理，通過試驗數據以獲得被控過程的數學模型
6、。實驗測試法建模是把被研究的被控過程視為一個黑匣子，完全從外特性上測試和描述它的動態(tài)性質。對于一些復雜的工業(yè)過程，測試方案設計顯得尤為重要。利用輸入輸出數據提供的信息建立過程對象的數學模型，也叫辨識實質：從一組模型類中選擇一個模型，按照某種準則，使之能最好地擬合所關心的實際過程的動態(tài)特性。06:26No.測試建模/實驗法分為：經典辨識法現代辨識法★用階躍響應曲線建模(開環(huán))★用脈沖響應曲線建模(開環(huán))★用頻率響應建模(閉環(huán))★相關分析(corelation)等最小二乘類參數辨識方法極大似然法預報誤差法等(梯度校正法)(非參數模型辨識方法)(參數模型辨識
7、方法)假定一種模型結構，通過極小化模型與被控過程之間的誤差準則函數來確定模型的參數。測試的動態(tài)特性是以時間或頻率為自變量的實驗曲線，稱為非參數模型06:26No.階躍響應法(也稱飛升曲線)階躍響應曲線法是對處于開環(huán)、穩(wěn)態(tài)的被控過程，使其控制輸入量產生一階躍變化，測得被控過程的階躍響應曲線，然后再根據階躍響應曲線，求取被控過程輸入與輸出之間的動態(tài)數學關系——傳遞函數。階躍響應曲線法建立被控對象的數學模型06:26No.階躍響應(飛升曲線)法非常簡單，只要有遙控閥和被控變量紀錄儀表就可以進行。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(在10%～2
8、0%以內),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手操器無紙記錄儀06:
