簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

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1、會(huì)計(jì)學(xué)1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 回顧回顧(I)(I)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的定義和特點(diǎn)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的定義和特點(diǎn) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是指是指單輸入單輸入-單輸出單輸出(SISO,(SISO,Single Input Single Output)Single Input Single Output)的，以的，以傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)的線性控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)，是控制系統(tǒng)的基本形式。，是控制系統(tǒng)的基本形式。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較廣泛且適應(yīng)性強(qiáng)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較廣泛且適應(yīng)性強(qiáng)。第1頁(yè)/共54頁(yè)回顧回顧(II)(II)液位控制實(shí)例液位控制實(shí)例蒸汽蒸汽給水給水鍋鍋爐爐LTLC液位液位變送器變送

2、器液位液位控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器設(shè)定值：設(shè)定值：工藝液位設(shè)定值；工藝液位設(shè)定值；擾動(dòng)作用：擾動(dòng)作用：給水量、蒸汽量的變化；給水量、蒸汽量的變化；被控變量：被控變量：實(shí)際液位值；實(shí)際液位值；操縱變量：操縱變量：蒸汽流量；蒸汽流量；控制作用：控制作用：改變給水量。改變給水量。第2頁(yè)/共54頁(yè)回顧回顧(III)(III)正反饋和負(fù)反饋正反饋和負(fù)反饋 輸入變量和輸出變量，兩者相加，稱為輸入變量和輸出變量，兩者相加，稱為正反饋正反饋；兩者；兩者相減，稱為相減，稱為負(fù)反饋負(fù)反饋。輸出變量與輸入變量相比較的結(jié)果叫做輸出變量與輸入變量相比較的結(jié)果叫做偏差偏差。有有反饋反饋存在，按存在，按偏差偏差進(jìn)行控制，是

3、自動(dòng)控制系統(tǒng)最主進(jìn)行控制，是自動(dòng)控制系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)。要的特點(diǎn)。第3頁(yè)/共54頁(yè)回顧回顧(IV)(IV)閉環(huán)控制和開環(huán)控制閉環(huán)控制和開環(huán)控制 在反饋控制系統(tǒng)中，在反饋控制系統(tǒng)中，被控變量送回輸入端被控變量送回輸入端，與，與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差進(jìn)行控制，控制被控設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差進(jìn)行控制，控制被控變量，這樣，變量，這樣，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)。不需要對(duì)被控變量進(jìn)行檢測(cè)，不需要對(duì)被控變量進(jìn)行檢測(cè)，只根據(jù)輸入信只根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行控制號(hào)進(jìn)行控制，則成為，則成為開環(huán)控制開環(huán)控制。第4頁(yè)/共54頁(yè)回顧回顧(V)(V)控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)框圖r(t)e(t)u(t)q(t)f

4、(t)y(t)第5頁(yè)/共54頁(yè)回顧回顧(VI)(VI)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述廣義對(duì)象廣義對(duì)象控制器控制器第6頁(yè)/共54頁(yè)第二章第二章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)2.1 2.1 2.1 2.1 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)舉例簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)舉例簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)舉例簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)舉例2.2 2.2 2.2 2.2 正、負(fù)反饋控制正、負(fù)反饋控制正、負(fù)反饋控制正、負(fù)反饋控制2.3 2.3 2.3 2.3 閉環(huán)控制和開環(huán)控制閉環(huán)控制和開環(huán)控制閉環(huán)控制和開環(huán)控制閉環(huán)控制和開環(huán)控制2.4 2.4 2.4 2.4 控制系統(tǒng)的組成框圖控制系統(tǒng)的組成框圖控制系統(tǒng)的組成框圖控制系統(tǒng)的組成框圖2.5 2.5 2.5 2.

5、5 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述2.6 2.6 2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類2.7 2.7 2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)2.8 2.8 2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)建模第7頁(yè)/共54頁(yè)第二章第二章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類l 按照對(duì)操縱變量的影響劃分按照對(duì)操縱變量的影響劃分閉環(huán)閉環(huán)開環(huán)開環(huán)控制器控制器執(zhí)

6、行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象擾動(dòng)通道擾動(dòng)通道檢測(cè)變送檢測(cè)變送第8頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類l按照給定值的特點(diǎn)劃分按照給定值的特點(diǎn)劃分定值定值控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 或或 伺服伺服控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)第9頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類定值定值控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 設(shè)定值保持不變?cè)O(shè)定值保持不變（為一恒定值）的（為一恒定值）的反饋控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。例如：各種溫度、壓力、流量、液位等控制系統(tǒng)；例如：各種溫度、壓力、流量、液位等控制系統(tǒng)；恒溫箱的溫度控制；穩(wěn)壓電源的電壓穩(wěn)定控制等。恒溫箱的溫度控制；穩(wěn)壓

7、電源的電壓穩(wěn)定控制等。第10頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類定值定值控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)第11頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類隨動(dòng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 設(shè)定值不斷變化設(shè)定值不斷變化，且，且事先是不知道事先是不知道的，的，并要求系統(tǒng)的輸出（被控變量）隨之而變并要求系統(tǒng)的輸出（被控變量）隨之而變化化 例如：雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)。各類測(cè)量?jī)x表中的變送器本例如：雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)。各類測(cè)量?jī)x表中的變送器本身亦可以看作是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，它的輸出（指示值）身亦可以看作是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，它的輸出（指示值）應(yīng)迅速和正確地隨著輸入（被測(cè)量值）而變化。應(yīng)迅速和正確地隨著輸入（被測(cè)

8、量值）而變化。第12頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類隨動(dòng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)第13頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類l按照克服干擾的方法劃分按照克服干擾的方法劃分反饋反饋控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)前饋前饋控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)第14頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類反饋反饋控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 輸出變量通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)儀表，又送回輸入端，并與輸出變量通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)儀表，又送回輸入端，并與輸入變量相比較，按照輸入變量相比較，按照偏差偏差進(jìn)行控制。進(jìn)行控制。f第15頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類前饋前饋控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 直接按

9、直接按擾動(dòng)擾動(dòng)而不是按偏差進(jìn)行控制。干擾發(fā)生后，被而不是按偏差進(jìn)行控制。干擾發(fā)生后，被控量還未顯現(xiàn)出變化之前，控制器就產(chǎn)生了控制作用?？亓窟€未顯現(xiàn)出變化之前，控制器就產(chǎn)生了控制作用。f第16頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類f前饋前饋-反饋反饋控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)第17頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類l按照系統(tǒng)復(fù)雜程度劃分按照系統(tǒng)復(fù)雜程度劃分簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)復(fù)雜復(fù)雜控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)第18頁(yè)/共54頁(yè)2.6 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象檢測(cè)變送檢測(cè)變送第19頁(yè)/共54頁(yè)2.6

10、 2.6 控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類復(fù)雜復(fù)雜控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)第20頁(yè)/共54頁(yè)2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)l控制系統(tǒng)的要求控制系統(tǒng)的要求穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性l控制系統(tǒng)的指標(biāo)控制系統(tǒng)的指標(biāo)單項(xiàng)單項(xiàng)控制性能指標(biāo)控制性能指標(biāo)綜合綜合控制性能指標(biāo)控制性能指標(biāo)第21頁(yè)/共54頁(yè)2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)階躍作用為階躍作用為輸入時(shí)的被控變輸入時(shí)的被控變量的過(guò)渡過(guò)程。量的過(guò)渡過(guò)程。定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)第22頁(yè)/共54頁(yè)2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)l單項(xiàng)控制指

11、標(biāo)單項(xiàng)控制指標(biāo)（1 1）衰減比）衰減比n n穩(wěn)定性指標(biāo)穩(wěn)定性指標(biāo)第一個(gè)波的振幅與同方向第二個(gè)波的振幅之比。第一個(gè)波的振幅與同方向第二個(gè)波的振幅之比。第23頁(yè)/共54頁(yè)2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)l單項(xiàng)控制指標(biāo)單項(xiàng)控制指標(biāo)（隨動(dòng)控制）（隨動(dòng)控制）（2 2）超調(diào)量）超調(diào)量或或最大動(dòng)態(tài)偏差最大動(dòng)態(tài)偏差e emaxmax穩(wěn)定性指標(biāo)穩(wěn)定性指標(biāo)描述被控變量偏離設(shè)定值最大程度的物理量描述被控變量偏離設(shè)定值最大程度的物理量第24頁(yè)/共54頁(yè)2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)l單項(xiàng)控制指標(biāo)單項(xiàng)控制指標(biāo)（定值控制）（定值控制）（2 2）超調(diào)量）超調(diào)量或或最

12、大動(dòng)態(tài)偏差最大動(dòng)態(tài)偏差e emaxmax穩(wěn)定性指標(biāo)穩(wěn)定性指標(biāo)描述被控變量偏離設(shè)定值最大程度的物理量描述被控變量偏離設(shè)定值最大程度的物理量第25頁(yè)/共54頁(yè)2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)l單項(xiàng)控制指標(biāo)單項(xiàng)控制指標(biāo)（3 3）余差）余差C C穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)設(shè)定值與被控變量穩(wěn)態(tài)值之差?？刂葡到y(tǒng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)設(shè)定值與被控變量穩(wěn)態(tài)值之差。第26頁(yè)/共54頁(yè)2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)l單項(xiàng)控制指標(biāo)單項(xiàng)控制指標(biāo)（4 4）回復(fù)時(shí)間）回復(fù)時(shí)間TsTs快速性指標(biāo)快速性指標(biāo)表示控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的長(zhǎng)短，也就是控制系統(tǒng)在受

13、到表示控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的長(zhǎng)短，也就是控制系統(tǒng)在受到階躍外作用后，被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值階躍外作用后，被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。（進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值附近所需要的時(shí)間。（進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值附近 +/-5%+/-5%或或 +/-3%+/-3%）第27頁(yè)/共54頁(yè)2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)l單項(xiàng)控制指標(biāo)單項(xiàng)控制指標(biāo)（5 5）振蕩頻率）振蕩頻率與振蕩周期與振蕩周期TpTp快速性指標(biāo)快速性指標(biāo)第28頁(yè)/共54頁(yè)2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)l單項(xiàng)控制指標(biāo)單項(xiàng)控制指標(biāo) 指出該輸出曲線指出該輸出曲線的性能指標(biāo)（衰減比、的性能指標(biāo)

14、（衰減比、超調(diào)量、余差、回復(fù)超調(diào)量、余差、回復(fù)時(shí)間、振蕩周期）時(shí)間、振蕩周期）衰減比：衰減比：2.6342超調(diào)量：超調(diào)量：55.0424余差：余差：0.15332回復(fù)時(shí)間：回復(fù)時(shí)間：355.09振蕩周期：振蕩周期：130.43第29頁(yè)/共54頁(yè)2.7 2.7 控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)l綜合控制指標(biāo)綜合控制指標(biāo)誤差平方積分指標(biāo)誤差平方積分指標(biāo)絕對(duì)誤差積分指標(biāo)絕對(duì)誤差積分指標(biāo)時(shí)間乘絕對(duì)誤差積分指標(biāo)時(shí)間乘絕對(duì)誤差積分指標(biāo)第30頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的作用和要求動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的作用和要求過(guò)程模型：過(guò)程模型：建模建

15、模（modeling）是把系統(tǒng)的本質(zhì)部分信息簡(jiǎn)）是把系統(tǒng)的本質(zhì)部分信息簡(jiǎn)縮成有用的描述方式的過(guò)程。過(guò)程模型表示過(guò)程的輸縮成有用的描述方式的過(guò)程。過(guò)程模型表示過(guò)程的輸出變量與輸入變量之間的關(guān)系。出變量與輸入變量之間的關(guān)系。過(guò)程過(guò)程輸入變量輸入變量（操縱變量）（操縱變量）輸出變量輸出變量（被控變量）（被控變量）第31頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的作用和要求動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的作用和要求建模的要求建模的要求:簡(jiǎn)單：適于在線控制簡(jiǎn)單：適于在線控制正確：提高控制性能正確：提高控制性能可靠：保證控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠：保證控制系統(tǒng)運(yùn)行第32頁(yè)/共54頁(yè)

16、2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類線性與非線性線性與非線性 線性模型用來(lái)描述線性過(guò)程，滿足迭加原理線性模型用來(lái)描述線性過(guò)程，滿足迭加原理和均勻性；和均勻性；第33頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類線性與非線性線性與非線性 非線性模型用來(lái)描述非線性過(guò)程，不滿足疊非線性模型用來(lái)描述非線性過(guò)程，不滿足疊加原理。加原理?；瘜W(xué)反應(yīng)速度系數(shù)化學(xué)反應(yīng)速度系數(shù)k與絕對(duì)溫度與絕對(duì)溫度T之間之間的關(guān)系的關(guān)系就是一種非線性模型：就是一種非線性模型：其中，其中，R是通用氣體常數(shù)，

17、是通用氣體常數(shù)，和和E是特定是特定的常數(shù)。的常數(shù)。第34頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類動(dòng)態(tài)與靜態(tài)動(dòng)態(tài)與靜態(tài) 動(dòng)態(tài)模型是用來(lái)描述過(guò)程處于過(guò)渡過(guò)程時(shí)的動(dòng)態(tài)模型是用來(lái)描述過(guò)程處于過(guò)渡過(guò)程時(shí)的各狀態(tài)變量之間的關(guān)系。各狀態(tài)變量之間的關(guān)系。第35頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類動(dòng)態(tài)與靜態(tài)動(dòng)態(tài)與靜態(tài) 靜態(tài)模型是用來(lái)描述過(guò)程處于穩(wěn)態(tài)時(shí)的各狀靜態(tài)模型是用來(lái)描述過(guò)程處于穩(wěn)態(tài)時(shí)的各狀態(tài)變量之間的關(guān)系。態(tài)變量之間的關(guān)系。第36頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)

18、特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類隨機(jī)與確定隨機(jī)與確定 由確定性模型所描述的過(guò)程，當(dāng)過(guò)程的狀態(tài)由確定性模型所描述的過(guò)程，當(dāng)過(guò)程的狀態(tài)確定之后，過(guò)程的輸出響應(yīng)是唯一確定的。確定之后，過(guò)程的輸出響應(yīng)是唯一確定的。第37頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類隨機(jī)與確定隨機(jī)與確定 由隨機(jī)性模型所描述的過(guò)程，即使過(guò)程的狀由隨機(jī)性模型所描述的過(guò)程，即使過(guò)程的狀態(tài)確定了，過(guò)程的輸出響應(yīng)仍然是不確定的。態(tài)確定了，過(guò)程的輸出響應(yīng)仍然是不確定的。鋼材的屈服點(diǎn)鋼材的屈服點(diǎn)s與含碳量與含碳量c和含錳量和含錳

19、量Mn滿足：滿足：其中，其中，e是隨機(jī)噪聲，碳、錳含量單位取是隨機(jī)噪聲，碳、錳含量單位取0.01%，屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)s的量綱為的量綱為kg/mm2。第38頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類集中參數(shù)與分布參數(shù)集中參數(shù)與分布參數(shù) 集中參數(shù)模型中，狀態(tài)和輸出值不隨位置而變集中參數(shù)模型中，狀態(tài)和輸出值不隨位置而變化，具有相同的數(shù)值?；哂邢嗤臄?shù)值。例：攪拌式反應(yīng)器，各點(diǎn)的溫度和濃度是均一的。例：攪拌式反應(yīng)器，各點(diǎn)的溫度和濃度是均一的。第39頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模

20、型的分類數(shù)學(xué)模型的分類集中參數(shù)與分布參數(shù)集中參數(shù)與分布參數(shù) 分布參數(shù)模型中，狀態(tài)隨幾何位置而連續(xù)變分布參數(shù)模型中，狀態(tài)隨幾何位置而連續(xù)變化，模型中必須引入位置參數(shù)?；?，模型中必須引入位置參數(shù)。例：管式反應(yīng)器，沿管長(zhǎng)各點(diǎn)濃度不同。例：管式反應(yīng)器，沿管長(zhǎng)各點(diǎn)濃度不同。第40頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類連續(xù)與離散連續(xù)與離散 模型中的時(shí)間變量是在一定區(qū)間內(nèi)變化的模型模型中的時(shí)間變量是在一定區(qū)間內(nèi)變化的模型稱為連續(xù)時(shí)間模型。可由微分方程描述。稱為連續(xù)時(shí)間模型?？捎晌⒎址匠堂枋?。第41頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性

21、和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類連續(xù)與離散連續(xù)與離散 離散時(shí)間模型中的時(shí)間變量是在一定區(qū)間內(nèi)離散時(shí)間模型中的時(shí)間變量是在一定區(qū)間內(nèi)變化的采樣點(diǎn)。一般由差分方程描述。變化的采樣點(diǎn)。一般由差分方程描述。第42頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類定常與時(shí)變定常與時(shí)變 模型特性不隨時(shí)間變化而變化，為定常模型。模型特性不隨時(shí)間變化而變化，為定常模型。模型特性隨時(shí)間變化而變化，為時(shí)變模型。模型特性隨時(shí)間變化而變化，為時(shí)變模型。第43頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特

22、性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的分類數(shù)學(xué)模型的分類過(guò)程類型過(guò)程類型靜態(tài)模型靜態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型集中參數(shù)模型集中參數(shù)模型代數(shù)方程代數(shù)方程微分方程微分方程分布參數(shù)模型分布參數(shù)模型微分方程微分方程偏微分方程偏微分方程多級(jí)過(guò)程多級(jí)過(guò)程差分方程差分方程微分微分差分差分方程方程第44頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l建立數(shù)學(xué)模型的途徑建立數(shù)學(xué)模型的途徑機(jī)理建模（白箱）機(jī)理建模（白箱）從機(jī)理出發(fā)，也就是從過(guò)程內(nèi)在的物理和從機(jī)理出發(fā)，也就是從過(guò)程內(nèi)在的物理和化學(xué)規(guī)律出發(fā)建立穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的工作?；瘜W(xué)規(guī)律出發(fā)建立穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的工作。第45頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8

23、過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l建立數(shù)學(xué)模型的途徑建立數(shù)學(xué)模型的途徑經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ê谙洌┙?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ê谙洌?duì)已投產(chǎn)的過(guò)程，通過(guò)測(cè)試或依靠積累的操作對(duì)已投產(chǎn)的過(guò)程，通過(guò)測(cè)試或依靠積累的操作數(shù)據(jù)，用數(shù)學(xué)方法回歸，得到經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?shù)據(jù)，用數(shù)學(xué)方法回歸，得到經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。由測(cè)試數(shù)據(jù)確定模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的建模方法稱為由測(cè)試數(shù)據(jù)確定模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的建模方法稱為系統(tǒng)辨識(shí)方法系統(tǒng)辨識(shí)方法；系統(tǒng)辨識(shí)方法分為；系統(tǒng)辨識(shí)方法分為非參數(shù)模型辨識(shí)非參數(shù)模型辨識(shí)和和參參數(shù)模型辨識(shí)數(shù)模型辨識(shí)。在已定模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上由測(cè)試數(shù)據(jù)確定。在已定模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上由測(cè)試數(shù)據(jù)確定參數(shù)的方法為參數(shù)的方法為參數(shù)估計(jì)參數(shù)估計(jì)。第4

24、6頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l建立數(shù)學(xué)模型的途徑建立數(shù)學(xué)模型的途徑機(jī)理模型的優(yōu)點(diǎn)機(jī)理模型的優(yōu)點(diǎn)：1)可以充分利用已知的過(guò)程知識(shí)，從事物的本質(zhì)上去認(rèn)可以充分利用已知的過(guò)程知識(shí)，從事物的本質(zhì)上去認(rèn)識(shí)外部特性；識(shí)外部特性；2)可以驗(yàn)前得出，在流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)階段即能求取；可以驗(yàn)前得出，在流程和設(shè)備的設(shè)計(jì)階段即能求??；3)有較大的適用范圍，操作條件變化可以類推，即使處有較大的適用范圍，操作條件變化可以類推，即使處理的物料有所改變，只要已知其物理化學(xué)參數(shù)，仍不難理的物料有所改變，只要已知其物理化學(xué)參數(shù)，仍不難計(jì)算。計(jì)算。第47頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.

25、8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l建立數(shù)學(xué)模型的途徑建立數(shù)學(xué)模型的途徑機(jī)理模型的缺點(diǎn)機(jī)理模型的缺點(diǎn)：1)對(duì)于復(fù)雜的過(guò)程，人們對(duì)基本方程的某些參數(shù)不完對(duì)于復(fù)雜的過(guò)程，人們對(duì)基本方程的某些參數(shù)不完全掌握，很難預(yù)先精確估計(jì)；全掌握，很難預(yù)先精確估計(jì)；2)如不經(jīng)過(guò)輸入輸出數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，難以判斷其正確性。如不經(jīng)過(guò)輸入輸出數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，難以判斷其正確性。第48頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l建立數(shù)學(xué)模型的途徑建立數(shù)學(xué)模型的途徑機(jī)理建模和經(jīng)驗(yàn)建模相結(jié)合：機(jī)理建模和經(jīng)驗(yàn)建模相結(jié)合：1)1)主體上按照機(jī)理方程建模，但對(duì)其中的部分參數(shù)通主體上按

26、照機(jī)理方程建模，但對(duì)其中的部分參數(shù)通過(guò)實(shí)測(cè)得到；過(guò)實(shí)測(cè)得到；2)2)通過(guò)機(jī)理分析，把自變量適當(dāng)組合，得出數(shù)學(xué)模型通過(guò)機(jī)理分析，把自變量適當(dāng)組合，得出數(shù)學(xué)模型的函數(shù)形式；的函數(shù)形式；3)3)由機(jī)理出發(fā)，通過(guò)計(jì)算或仿真，得到大量的輸入輸由機(jī)理出發(fā)，通過(guò)計(jì)算或仿真，得到大量的輸入輸出數(shù)據(jù)，再用回歸方法得出簡(jiǎn)化模型。出數(shù)據(jù)，再用回歸方法得出簡(jiǎn)化模型。第49頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的用途數(shù)學(xué)模型的用途控制方案的確定控制方案的確定 方案的確定與工藝要求及操作情況有關(guān)，如方案的確定與工藝要求及操作情況有關(guān)，如能對(duì)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型有所了解，對(duì)這一

27、選擇可起能對(duì)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型有所了解，對(duì)這一選擇可起到定量剖析的作用。到定量剖析的作用。第50頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的用途數(shù)學(xué)模型的用途控制算法的設(shè)計(jì)控制算法的設(shè)計(jì) -PID控制控制-前饋控制前饋控制-Smith預(yù)估預(yù)估-內(nèi)模控制內(nèi)?？刂?解耦控制解耦控制第51頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的用途數(shù)學(xué)模型的用途生產(chǎn)裝置的故障診斷生產(chǎn)裝置的故障診斷 通過(guò)數(shù)學(xué)模型預(yù)報(bào)生產(chǎn)過(guò)程的故障，分析故通過(guò)數(shù)學(xué)模型預(yù)報(bào)生產(chǎn)過(guò)程的故障，分析故障原因，對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)等。障原因，對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)等。第52頁(yè)/共54頁(yè)2.8 2.8 過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模過(guò)程動(dòng)態(tài)特性和過(guò)程動(dòng)態(tài)建模l數(shù)學(xué)模型的用途數(shù)學(xué)模型的用途用于工藝運(yùn)行和設(shè)計(jì)用于工藝運(yùn)行和設(shè)計(jì) 在實(shí)際生產(chǎn)中，一套生產(chǎn)裝置的合理設(shè)計(jì)或?qū)嶋H在實(shí)際生產(chǎn)中，一套生產(chǎn)裝置的合理設(shè)計(jì)或?qū)嶋H生產(chǎn)裝置的優(yōu)化操作，以及生產(chǎn)裝置生產(chǎn)能力的預(yù)測(cè)生產(chǎn)裝置的優(yōu)化操作，以及生產(chǎn)裝置生產(chǎn)能力的預(yù)測(cè)或評(píng)價(jià)等均離不開過(guò)程模型?；蛟u(píng)價(jià)等均離不開過(guò)程模型。第53頁(yè)/共54頁(yè)