文档介绍：过程控制系统建模概念

机理建模方法

测试建模方法

第2章  过程控制系统建模方法
建模概念
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过程控制系统建模概念
三类主要的信息源:
1、要确定明确的输入量与输出量。
通常选一个可控性良好,对输出量影响最大的一个输入信号作为输入量,其余的输入信号则为干扰量。
2、要有先验知识
在建模中,被控对象内部所进行的物理、化学过程符合已经发现的许多定理、原理及模型。
在建模中必须掌握建模对象所要用到的先验知识。
控制系统的设计任务:
依据被控对象的数学模型,按照控制要求来设计控制器。
3、试验数据
过程的信息能通过对对象的试验与测量而获得。
被控对象数学模型的要求:准确可靠。
在线运用的数学模型要求实时性。
建立数学模型时常用的近似处理:线性化、分布参数系统和模型降阶处理等。
1、机理法建模
根据生产过程中实际发生的变化机理,写出各种有关的平衡方程,物质平衡方程;能量平衡方程;动量平衡方程以及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程,物性参数方程和某些设备的特性方程等,从中获得所需的数学模型。
过程控制系统建模的两个基本方法

用机理法建模时,出现模型中某些参数难以确定的情况或用机理法建模太烦琐,可以用测试的方法来建模。
2、测试法建模
根据工业过程的输入和输出的实测数据进行数学处理后得到的模型。
特点是把被研究的工业过程视为一个黑匣子,完全从外特性上测试和描述它的动态性质,不需要深入掌握其内部机理。
为了获得动态特性,必须使被研究的过程处于被激励的状态,施加一个阶跃扰动或脉冲扰动等。
测试法建模又可分为经典辨识法和现代辨识法两大类。
经典辨识法只需对少量的测试数据进行简单的数学处理;现代辨识法可以消除测试数据中的偶然性误差即噪声的影响,需要处理大量的测试数据。
例1、单容水槽对象的建模()
(课后请同学们自己分析后面两个例题!)
机理建模方法
结论:单容被控对象动态特性都是一阶惯性环节。
具有纯延迟的单容对象特性
1、什么是纯延迟?
2、纯延迟现象产生的原因:是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。
有一储水槽调节阀1距水槽有一段较长的距离。调节阀1开度变化所引起的流入量变化ΔQi,需要经过一段传输时间 T0,才能对水槽液位产生影响, T0 是纯延迟时间。
T + Δh = KΔμ
有纯延迟的单容对象的微分方程为
T +Δh = KΔu(t - )
(2-17)
对应的传递函数为
G(s)= = (2-18)
与式(2-7)相比多了延迟因子。