企业综合自动化——过程系统模拟.ppt

企业综合自动化 企业综合自动化——过程系统模拟 主要内容 流程模拟 激烈的竞争 时刻变化的市场 政府的调节 流程模拟 流程模拟 化学工程 逐级放大——相似模拟——数学模拟 传递现象 化学反应工程 数学模型的类型和形式 建立模型的方法——机理模型和经验模型 是否考虑时间变量——稳态模型和动态模型 是否考虑空间变量——集中参数模型与分布参数模型 过程的特征——确定性模型和随机模型 模型的功能——模拟模型、设计模型、优化模型 流程模拟 利用模型进行实验研究的过程 在不同条件下对数学模型进行求解 主要可以解决三类问题 标准型问题 设计型问题 最优化问题 流程模拟 标准型问题 流程模拟 设计型问题 流程模拟 最优化问题 流程模拟 流程模拟 的一般步骤 过程系统模拟——系统模型 赵豫红 过程与过程系统 过程 对原料进行物理的或化学的加工处理 过程单元 特定的过程 ——分离过程单元、反应过程单元、换热过程单元 过程系统 由一些具有特定功能的过程单元按一定的方式相互联结而组成的网络 ——化工过程系统、石油加工过程系统、医药生产过程系统、冶金过程系统 过程单元之间通过物料流和能量流相互联结 过程系统={过程单元}+{单元间联结关系} 过程系统 系统结构模型 过程系统={过程单元}+{单元间联结关系} 过程系统数学模型 ：过程单元模型 过程系统结构模型 yki=xlj i,j——单元序号，k,l——流股序号 x——输入流股，y——输出流股 系统结构模型 图形 矩阵 表格 代数 系统结构模型——图形表示 图 G=(X, U) X=x1, x2, ? , xm U=u1, u2, ? , un 无向弧和有向弧 ?无向图和有向图 系统结构模型——图形表示 系统结构模型——图形表示 系统结构模型——图形表示 有向图表示系统结构 节点——过程单元 有向弧——单元间的物料流和能量流 有向图——过程系统 每一边对应一对节点 每一节点对应一定数量的边 系统结构模型——图形表示 图的分解和子图 典型的子图： 路径 回路 系统结构模型——图形表示 扩展图 系统结构模型——图形表示 示例 系统结构模型——矩阵表示 结构矩阵 节点相邻矩阵：节点分别与矩阵的行和列； 弧相邻矩阵：弧分别与矩阵的行和列对应； 代数表示 关联矩阵：节点与矩阵的行（或列），弧与矩阵的列（或行）对应。 系统结构模型——节点相邻矩阵 定义 Sij= 相邻矩阵仅由元素0和1组成，称为布尔矩阵 系统结构模型——节点相邻矩阵 示例 系统结构模型——节点相邻矩阵 从相邻矩阵中可以看出过程系统的结构特性 由m个节点构成的系统，其相邻矩阵中至少包含m-1个非零元素（节点间最简单的联结是串联联结） 若第i列只包含零元素时，第i行必定至少含有一个非零元素，反之亦然 与全零元素组成的行或列对应的节点所表示的单元称为系统的端单元。全零行与输出端单元对应，全零列与输入端单元对应。所有端单元的整体称为开放系统的表面。无端单元的系统称为无表面系统，并称之为封闭系统。（如扩展图代表的系统） 非端单元的单元称为系统内部单元。相邻矩阵中内部单元的特征为，相应于单元的行和列至少有一个非零元素 在相邻矩阵中，单元的串联是通过直接位于主对角线上方的连续的非零元素表示的 在相邻矩阵中，并联（输出）端是通过一行中多个非零元素来表示的，而非零元素数等于并联分支的数目。并联（输入）端是通过一列中的多个非零元素来表示的 在相邻矩阵中，主对角线以下的非零元素表示系统中的反馈。每个封闭系统至少有一个反馈 系统结构模型——节点相邻矩阵 还可定义为 Sij= 示例 系统结构模型——关联矩阵 若图由m个节点和n个弧组成，则关联矩阵定义为 Sij= 系统结构模型——关联矩阵 示例 系统结构模型——关联矩阵 关联矩阵具有下列性质 在关联矩阵中，每个流股被标出两次，即输入流和输出流 列的总和永远为零（节点对应行，弧对应列时） 不象相邻矩阵易于看出系统的基本结构，如串联、并联和反馈 系统结构模型——表格表示 结构表 表中只包括节点间实际存在的联结 联结表 顺序表 系统结构模型——联结表 从节点相邻矩阵派生出来的一种表 由两列组成，一列（i列）为输出物流的节点号码，另一列（j列）为接受物流的节点号码 不包含任何多余的联结 系统结构模型——顺序表 第1列为节点号码，其它列为与节点相关的物流号 正号表示输入，负号表示输出 所有的联结均表示了两次，即一次输入，一次输出 系统结构模