过程建模课件

第二章过程控制发展概况第一节过程建模第二节过程变量检测及变送第三节过程控制仪表第四节其他数字式过程控制装置过程控制工程第一节过程建模基本概念：

被控过程：指正在运行中的多种多样的被控制的生产工艺设备2过冲控制系统的品质是由组成系统的各个环节的结构及其特性所决定。被控过程的数学模型：指过程在各输入量作用下，其相应输出量变化函数关系的数学表达式。过程的数学模型分类：1、非参数模型：阶跃响应曲线、脉冲响应曲线、频率特性曲线，即都是用曲线表示2、参数模型：微分方程、传递函数、脉冲响应函数、状态方程、差分方程等，即都是用数学方程式和函数表示2被控过程分为：1、多输入、单输出2、多输入、多输出单回路控制系统框图如图:2过程通道：控制通道：扰动通道：被控过程输入量与输出量之间的信号联系控制作用与被控量之间的信号扰动作用与被控量之间的信号联系2被控过程的特点：1、被控量的变化往往是不震荡、单调的、有滞后和惯性的。如图：

过程的阶跃响应曲线a)22、有的过程响应也可能不断变化如图：

过程的阶跃响应曲b)2自衡过程：前者过程具有自平衡能力无自衡过程：后者过程无自平衡能力过程建模的目的:1、设计过程控制系统和整定调节器参数2、指导设计生产工艺设备3、进行仿真试验研究4、培训运行操作人员2建立过程数学模型的基本方法：

一、有机理分析法二、试验法有机理分析法建模又称为分析发建模或理论建模，适应于简单的被控过程建模。机理建模的依据：

是根据过程的内部机理，运用一些已知的定律、原理建立过程的数学模型机理分析法建模的特点：

当生产设备还处于设计阶段时就能建立其数学模型。2被控过程的自平衡能力和无自平衡能力自平衡能力：

过程在输入量作用下，平衡状态被破坏后，无须人或仪器的干扰，依靠过程自身能力，逐渐恢复达到另一新的平衡状态，此特性称为自平衡能力无自平衡能力：

被控过程在输入量作用下，其平衡状态被破坏后，没有人或仪器的干预，依靠过程自身能力，最后不能恢复其平衡状态，此特性称为无自平衡能力。2自衡过程建模1、单容过程：自衡单容过程是指只有一个储蓄容量的又具有平衡能力的过程2222、多容过程：在工业生产过程中，被控过程往往由多个容积和阻力构成222222、滞后过程：在工业生产过程中，过程的纯滞后问题是经常遇到的。2222、非自衡过程建模单容过程

22多容过程

22滞后过程

23、试验法建模（过程辨识）实验法建模：

是在实际的生产过程中，根据过程输入、输出的实验数据，即通过过程辨识与参数估计的方法建立被控过程的数学模型。实验法分类：

加专门信号、不加专门信号。加专门信号：

是在试验过程中改变所研究的过程输入量，对其输出量进行数据处理就可以求得过程的数学模型。不加专门信号：

即利用过程在正常操作时所记录的信号，进行统计分析来求得过程的数学模型。22常用的响应曲线法来辨识过程的数学模型一、阶跃响应应曲线法阶跃响应应曲线法：测定阶跃响应应曲线的原理很简单，在被控过程的输入量作阶跃变化时，测定其输出量随时间而变化的曲线试验注意事项：

1、合理选择阶跃信号值；

2、在输入信号前，被控过程必须处于相对稳定的运行状态；

3、试验时应在相同的试验条件下重复做几次测试，需获得两次以上比较接近的测试数据，以减少干扰的影响；4、在试验时应在阶跃信号做正、反方向变化时分别侧取其响应曲线，求其过程的真实特性。2响应曲线2二、矩形脉冲响应曲线法矩形脉冲响应曲线法：当过程长时间处于较大扰动信号作用下时，被控量的变化幅度可能超出实际生产所允许的范围，它的过渡过程与终值均偏离正常操作条件，会影响产品的质量和产量，这时就可以用矩形脉冲信号作为过程的输入信号，测出过程的矩形脉冲响应曲线。2矩形脉冲响应曲线及其转换2矩形脉冲响应曲线转换成阶跃响应曲线方法：

2三、由阶跃响应曲线确定过程的传递函数由阶跃响应曲线确定过程的数学模型，首先要根据曲线的形状，选定模型的结构。只要能由阶跃响应曲线求得放大系数K0、时间常熟T0、以及滞后时间，则过