第4章_被控过程的数学模型-过程控制与自动化仪表_第二版-潘永湘.pdf

第4章 被控过程的数学模型 1）掌握被控过程机理建模的方法与步骤； 2）熟悉被控过程的自衡和非自衡特性； 3）熟悉单容过程和多容过程的阶跃响应曲线及解析表 达式； 4）重点掌握被控过程基于阶跃响应的建模步骤、作图 方法和数据处理； 5）熟悉被控过程的一次完成最小二乘建模方法，学会 用MATLAB语言编写算法程序。 6）熟悉被控过程的递推最小二乘建模方法，学会用 MATLAB语言编写算法程序。 4.1 过程建模的基本概念 4.1.1 被控过程的数学模型及其作用 被控过程的数学模型是指过程的输入变量与输出变量之间定量关系的描述 其中： 过程的输入变量至输出变量的信号联系称为通道 控制作用至输出变量的信号联系称为控制通道 干扰作用至输出变量的信号联系称为干扰通道 过程的输出为控制通道与干扰通道的输出之和 过 静态数学模型 程 的 数 学 模 型  动态数学模型 被控过程的数学模型在过程控制中的重 要性 1) 全面、深入地掌握被控过程的数学模型是控制系统设 计的基础。 2) 良好数学模型的建立是控制器参数确定的重要依据。 3) 数学建模是仿真或研究、开发新型控制策略的必要条 件 。 4) 通过对生产工艺过程及相关设备数学模型的分析或仿 真，可以为生产工艺及设备的设计与操作提供指导。 5) 利用数学模型可以及时发现工业过程中控制系统的故 障及其原因，并提供正确的解决途径。 4.1.2 被控过程的特性 依据过程特性的不同分为自衡特性与无自衡特性、单容特性与多容特性、 振荡与非振荡特性等 1．有自衡特性和无自衡特性 当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或无控制装 置的干预下，能够自动恢复到原来或新的平衡状态，则称该过程具有 自衡特性，否则，该过程则被认为无自衡特性。 工业生产过程一般都具有储存物料或能量的能力， 其储存能力的大小称为容量。所谓单容过程是指只 有一个储存容积的过程。当被控过程由多个容积组 成时，则称为多容过程。 具有自衡特性的过程及其响应曲线 无自衡过程及其阶跃响应曲线 自平衡特性其传递函数的典型形式有： 无平衡特性其传递函数的典型形式有： K 1 一阶惯性环节 G(s) 一阶环节 G (s ) (Ts  1) Ts K 1 二阶惯性环节 G(s) 二阶环节 G(s) (Ts1)(Ts1) Ts(Ts1) 1 2 1 2 一阶惯性+ Ke s