简单控制系统.过程模型及其建立

《简单控制系统.过程模型及其建立》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、一、过程数学模型的表达形式与对模型的要求二、建立数学模型的两个基本方法1.机理建模法2.测试建模法三、阶跃响应确定传递函数1.阶跃响应获取应注意的问题2.确定自衡对象传递函数3.确定非自衡对象传递函数§1-3过程数学模型及其建立方法06:26No.1.被控对象数学模型的表达形式按模型结构划分：输入输出模型状态空间模型连续系统模型离散系统模型按系统的连续性划分：2.被控对象数学模型的利用方式离线方式：模型在进行控制系统设计或调试整定阶段中发挥作用。在线方式：模型嵌入控制系统中，具有实时性。3.对被控对象数学模型的要求不要求非常准确，闭环控制具有一定的鲁棒

2、性。实域表达:阶跃响应频域表达：传递函数06:26No.4.对过程模型的要求对过程模型的要求是正确、可靠和简单。5.过程动态模型可分为三类♠黑箱模型(Blackbox)♠灰箱模型(Graybox)或概念模型(conceptualmodel)♠白箱模型(whitebox)称经验模型,其内部规律还很少为人们所知的现象内部规律尚不十分清楚，在建立和改善模型方面有许多工作要做的问题指那些内部规律比较清楚的模型06:26No.6.过程模型建立的方法系统辩识方法(SystemIdentification)；经验建模方法；机理建模方法：混合方法♠系统辩识方法：由输入

3、输出数据确定模型的结构和参数的建模方法，建立的模型称为黑箱模型♠过程辨识的方法按输入变量的变化大致可分为非周期函数，周期函数，非周期性随机函数及周期性函数等四类。常用阶跃响应法和脉冲响应法；♠需要验前知识少，但建立的模型不具有放大功能，即不能类推到不同型号的放大设备或过程中；♠把两种途径结合，介于上述两种方法之间的建模方法，称为混合方法。所得模型称为灰箱模型。06:26No.1.机理建模方法：根据过程的内在机理，应用物料平衡、能量平衡和有关的化学、物理规律建立过程模型的方法是机理建模方法，又称为过程动态学方法。建立的模型称为白箱模型2.建立机理模型的方

4、法♠列写基本方程：物料平衡和能量平衡方程等；♠消去中间变量，建立状态变量x、控制变量u和输出变量y的关系；♠增量化：在工作点对方程进行增量化得增量方程♠线性化：在工作点作线性化处理，简化过程特性♠列写状态和输出方程06:26No.机理建模：物质平衡方程能量平衡方程动量平衡方程输入输出微分方程传递函数在工作点附近线性化处理06:26No.3.机理模型的优点♠充分利用已知的过程知识，从事物的本质上去认识外部特性♠可验前得出，在流程和设备的设计阶段即能求取；♠有较大的适用范围，操作条件变化时可以类推。4.机理模型的缺点♠对于复杂的过程，对基本方程的某些参数不

5、完全掌握，如换热器的K值，由传热学知识提供的公式可能有±10～30％的误差等♠如不经过输入输出数据的验证，则近乎纸上谈兵，难以判断其正确性06:26No.例：二阶双容水箱对象/机理建模kμ阀门系数R1,R2阻力系数F1、F2截面积Q2负荷μ(t)输入h2被调量06:26No.则根据梅逊公式可得对象的等效传递函数为06:26No.测试建模/实验法：实验测试法建模是根据被控过程输入、输出的实测数据进行数学处理后得到数学模型。与机理法建模相比，测试法建模的主要特点是在预先设计一个合理的测试方案下，无需深入了解被控过程机理，通过试验数据以获得被控过程的数学模型

6、。实验测试法建模是把被研究的被控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。对于一些复杂的工业过程，测试方案设计显得尤为重要。利用输入输出数据提供的信息建立过程对象的数学模型，也叫辨识实质：从一组模型类中选择一个模型，按照某种准则，使之能最好地拟合所关心的实际过程的动态特性。06:26No.测试建模/实验法分为：经典辨识法现代辨识法★用阶跃响应曲线建模(开环)★用脉冲响应曲线建模(开环)★用频率响应建模(闭环)★相关分析(corelation)等最小二乘类参数辨识方法极大似然法预报误差法等(梯度校正法)(非参数模型辨识方法)(参数模型辨识

7、方法)假定一种模型结构，通过极小化模型与被控过程之间的误差准则函数来确定模型的参数。测试的动态特性是以时间或频率为自变量的实验曲线，称为非参数模型06:26No.阶跃响应法(也称飞升曲线)阶跃响应曲线法是对处于开环、稳态的被控过程，使其控制输入量产生一阶跃变化，测得被控过程的阶跃响应曲线，然后再根据阶跃响应曲线，求取被控过程输入与输出之间的动态数学关系——传递函数。阶跃响应曲线法建立被控对象的数学模型06:26No.阶跃响应(飞升曲线)法非常简单，只要有遥控阀和被控变量纪录仪表就可以进行。先使工况保持平稳一段时间，然后使阀门作阶跃式的变化(在10%～2

8、0%以内),同时把被控变量的变化过程记录下来,得到广义对象的阶跃响应曲线手操器无纸记录仪06: