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人工智能 华中科技大学水电与数字化工程学院 － 对象框图 Ta=C2，双容过程积分时间常数 T1：第一只水箱时间常数 无自平衡能力的双容过程的阶跃响应曲线 ?q1 ?h2 R2=0.2;C1=100;C2=50 qi R h1 C1 C2 h2 R1 R2 q1 qo 4、相互作用的双容对象 － 对象框图 － － 五、被控对象动态特性的特点 1、对象的动态特性是单调、不振荡的 2、对象动态特性的滞后性和时间常数大 3、对象的动态特性具有纯时间滞后 对于某些过程，当输入变量发生变化时，在一段时间内，过程的输出变量没有发生变化，这一段等待时间就是被控对象的纯时间滞后，也称为纯时间滞后常数。 这种输入输出完全相同，仅错开一段时间?的过程称为纯时间滞后环节或时滞环节。 当系统含有时间滞后环节时，系统的稳定性会下降，控制品质也会因此而下降，同时也增加了控制难度。纯滞后时间常数大小往往与模型简化过程中所选定的模型阶数有关。 为衡量工业过程控制难易程度的标准，称难控度。 当 1时，系统比较难以控制。 如果对于同样大的调节阀开度的变化，被控变量只有稍稍改变一点就能重新恢复平衡，该过程的自平衡能力强。 4、被控对象的自平衡能力与无自平衡能力 自平衡能力的大小可以用对象的静态增益的倒数来衡量，称为自平衡率 严格来说，几乎所有被控对象的动态特性都具有非线性特性，只是程度不同。 蒸汽 冷物料 热物料 冷凝水 换热器 换热器 T1，Q D，pd 5、被控对象的动态特性具有非线性特性 增益非线性对象： 换热器热平衡方程为： 热流量 加热蒸汽的流量和汽化热 被加热蒸汽的流量和定压比热容 物料的出口温度 、进口温度 如果以蒸汽流量为输入量，物料出口温度为输出量，那么列管式换热器温度对象的增益为： 换热器温度对象增益与其负荷成反比。 中和反应器是另一个典型的变增益对象： 酸摩尔数 0 1 2 7.0 14.0 PH 中和反应器静特性 有些对象的动态参数还表现出非线性特性： 流量Qo h h0 h0+?h Qo0 Qo0+?Qo 液位与流出量的关系 对于单容水槽的例子，流出量与液位高度的关系为： 在平衡点（ ）进行线性化： 线性化后水槽的动态方程为： 液阻R随着负荷 的变化而变化，在平衡点（ ）附近才可近似为常数。 2.3 测试建模法 阶跃函数 过程 阶跃响应函数 过程 过程 脉冲函数 正弦波函数 随机函数 脉冲响应函数 频率特性 相关函数或谱密度 过程 一、非参数模型辨识法(经典辨识法) 时域法 频域法 统计相关法 非周期函数： 优点：它包含所有频带，可由无穷多种频率信号合成 缺点：有外扰时不易分离；信号要足够大但对生产的影响也大，并且会进入非线性区 周期函数： 优点：易于实施，有专用信号发生器 缺点：要进行一系列不同频率的测试，费时；数据处理量大 随机函数： 优点：对生产过程影响小 缺点：根据统计特性，数据处理量大 阶跃响应、频率特性经过适当的数学处理可转变成参数模型，即传递函数的形式。 上述方法测试的动态特性，表现形式是以时间或频率为自变量的实验曲线，均为非参数模型。 使调节阀的开度作一阶跃变化即可（一般为10％即可）。 合理选择阶跃信号值。5％－15％ 输入信号前，被控过程必须处于相对稳定的运行状态。 在相同的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。 在实验时应在阶跃信号做正、反方向变化时分别测取其响应曲线，以检验对象的非线性特性。 1、阶跃响应曲线法 2、矩形脉冲响应曲线法 设 作用下的阶跃响应曲线为 ，则： 对于一个线性系统，满足叠加原理，则脉冲响应曲线为： 将矩形脉冲响应曲线转换成阶跃响应曲线。 ch127 sm_ch127 自衡过程的矩形响应曲线及其转换 u(t) y(t) 无自衡过程的矩形响应曲线及其转换 过程控制 第二章 过程控制系统建模方法 2.1 过程控制系统建模的概念、目的和方法 一、基本概念 1、 数学模型定义 被控过程的数学模型（动态特性），是指过程在各输入量（包括控制量与扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。 3、数学模型分类 非参数模型，例如阶跃响应曲线、脉冲响应曲线和频率特性曲线，是用曲线表示的； 参数模型，例如微分方程、传递函数、脉冲响应函数、状态方程和差分方程等，是用数学方程式表示的。 2、干扰 内干扰：调节器的输出量u(t) 外干扰：其余非控制的输入量 4、过程通道 被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道 控制作用与被控量之间的信号联系称为控制通道 扰动作用与被控量之间的信