最新对象特性机理建模及试验建模幻灯片.ppt

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1、进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。　　记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热”，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑了，快来我给你扇扇”。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热的，跑什么？”此时这把蒲扇

2、，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！　　蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。　　蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅对象特性机理建模及试验建模控制质量的优劣：调节效果取决于调节对象；内因：外因：调节系统。被控对象的多样性。设计调节系统

3、的前提：正确掌握工艺系统调节作用（输入）与调节结果（输出）之间的关系——对象的特性。根据被控对象特性选择、设计合适的控制系统。2过程装备控制设计制造过程投运了解被控对象特性控制方案系统设计和组装调节器参数整定3对象的数学模型分为静态数学模型和动态数学模型静态数学模型动态数学模型基础特例7数学模型的表达形式分类1.非参量模型当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。非参量模型可以通过记录实验结果来得到，有时也可以通过计算来得到。特点形象、清晰，比较容易看出其定性的特征缺点直接利用它们来进行系统的分析和设计往往比较困难表达形式对象在一定形

4、式输入作用下的输出曲线或数据来表示8当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。对象的参量模型可以用描述对象输入、输出关系的微分方程式、偏微分方程式、状态方程、差分方程等形式来表示。2.参量模型9对于线性的集中参数对象通常可用常系数线性微分方程式来描述，如果以x（t）表示输入量，y（t）表示输出量，则对象特性可用下列微分方程式来描述在允许的范围内，多数化工对象动态特性可以忽略输入量的导数项可表示为（2-1）10举例一个对象如果可以用一个一阶微分方程式来描述其特性（通常称一阶对象），则可表示为或表示成式中（2-2）（2-3）上式中的系数与对象的特

5、性有关，一般需要通过对象的内部机理分析或大量的实验数据处理得到。11建模目的（1）控制系统的方案设计（2）控制系统的调试和控制器参数的确定（3）制定工业过程操作优化方案（4）新型控制方案及控制算法的确定等等，如计算机仿真与过程培训系统12第二节对象数学模型的建立13一、机理建模根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、设备的特性方程、化学反应定律、电路基本定律等，从而获取对象（或过程）的数学模型，这类模型通常称为机理模型。14机理建模优缺点对于某些对象，人们还难以写

6、出它们的数学表达式，或者表达式中的某些系数还难以确定时，不能适用。具有非常明确的物理意义，所得的模型具有很大的适应性，便于对模型参数进行调整。优点缺点15对象特性参量模型机理建模方法物料平衡能量平衡动态条件下的平衡：单位时间流入对象的物料（或能量）与单位时间从系统中流出的物料（或能量）之差等于系统内物料储存量的变换率。静态条件下的平衡：单位时间流入对象的物料（或能量）等于单位时间从系统中流出的物料。16Hqv2qv1一阶对象(单容水槽)已知：水槽面积:A物料流入流量：物料流出流量：水槽液位高度：H平衡状态某一时刻t0,分析输出量H的变化规律注意：以下

7、推导过程中的量都是变化量。突然变化17静态情况（平衡状态）：Hqv2qv1qv1-qv2=dV/dt由体积守恒可得：dV/dt—储存体积量的变化率18为水阻Hqv2qv119单容积分水槽Hqv1qv2不随液位改变。20双容液位水槽H1qv1qv2qv3H221水槽1：水槽2：2223系统的数学模型以微分方程的形式表达输出与输入的关系。经典控制理论的系统分析方法：时域法、频域法。时域分析法求解数学模型微分方程，获得系统输出随时间变化的规律。借助于系统频率特性分析系统的性能，拉普拉斯变换是其数学基础。频域分析法频域分析法是经典控制理论的核心，被广泛采用，

8、该方法间接地运用系统的开环频率特性分析闭环响应。二、拉普拉斯变换在对象特性建立中的应用24£为拉普拉斯变换的