第2次--过程特性及机理建模详解课件

第第2章章 过程建模过程建模 第第2章章 过程建模过程建模 2.1 2.1 过程动态特性过程动态特性过程动态特性过程动态特性 2.2 2.2 机理法建模机理法建模机理法建模机理法建模 2.3 2.3 测试法建模测试法建模测试法建模测试法建模第第2章章 过程建模过程建模 关于建模关于建模(Modeling)一、一、一、一、概念：概念：概念：概念：y y对象 第第2章章 过程建模过程建模 一、一、一、一、概念：概念：概念：概念：人们将研究的人们将研究的人们将研究的人们将研究的对象对象对象对象(过程或变量过程或变量过程或变量过程或变量)看看看看成一个系统，从成一个系统，从成一个系统，从成一个系统，从整体整体整体整体上进行研究，从而上进行研究，从而上进行研究，从而上进行研究，从而识别识别识别识别出对过程或变量有显著影响的因素出对过程或变量有显著影响的因素出对过程或变量有显著影响的因素出对过程或变量有显著影响的因素及其相互关系。及其相互关系。及其相互关系。及其相互关系。关于建模关于建模(Modeling)第第2章章 过程建模过程建模 一、一、一、一、概念：概念：概念：概念：对于所研究的系统通过各种方法建立对于所研究的系统通过各种方法建立对于所研究的系统通过各种方法建立对于所研究的系统通过各种方法建立起模型，称为建模起模型，称为建模起模型，称为建模起模型，称为建模(Modeling)(Modeling)关于建模关于建模(Modeling)第第2章章 过程建模过程建模 对象的对象的对象的对象的输入输出输入输出输入输出输入输出之间的函数关系之间的函数关系之间的函数关系之间的函数关系xy关于建模关于建模(Modeling)第第2章章 过程建模过程建模 二、二、二、二、作用：作用：作用：作用：(1)分析对象的内在分析对象的内在分析对象的内在分析对象的内在本质本质本质本质规律规律规律规律(2)设计设计设计设计系统、系统、系统、系统、整定整定整定整定调节器参数调节器参数调节器参数调节器参数(3)(3)仿真仿真仿真仿真实验的基础实验的基础实验的基础实验的基础(4)(4)指导指导指导指导工艺工艺工艺工艺设计设计设计设计(5)(5)培训培训培训培训操作操作操作操作人员人员人员人员关于建模关于建模(Modeling)第第2章章 过程建模过程建模 三三三三、条件：条件：条件：条件：(1)(1)明确输入输出明确输入输出明确输入输出明确输入输出(2)(2)对象的物理化学知识对象的物理化学知识对象的物理化学知识对象的物理化学知识(3)(3)或实验数据或实验数据或实验数据或实验数据关于建模关于建模(Modeling)第第2章章 过程建模过程建模 1 1 机理法机理法机理法机理法2 2 测试法测试法测试法测试法四、建模方法：四、建模方法：四、建模方法：四、建模方法：关于建模关于建模(Modeling)第第2章章 过程建模过程建模 对象的模型反映了对象的模型反映了对象的模型反映了对象的模型反映了输入输出的变化关系，输入输出的变化关系，输入输出的变化关系，输入输出的变化关系，代表了对象的代表了对象的代表了对象的代表了对象的动态特性动态特性动态特性动态特性是系统设计和是系统设计和调试的基础调试的基础关于建模关于建模(Modeling)五、五、五、五、模型的本质：模型的本质：模型的本质：模型的本质：xy第第2章章 过程建模过程建模 第第2章章 过程建模过程建模 2.1 2.1 过程动态特性过程动态特性过程动态特性过程动态特性 2.2 2.2 机理法建模机理法建模机理法建模机理法建模 2.3 2.3 测试法建模测试法建模测试法建模测试法建模第第2章章 过程建模过程建模 (1)单调不振荡单调不振荡单调不振荡单调不振荡y y(t t)t tO O2.1 过程动态特性过程动态特性第第2章章 过程建模过程建模 (1)单调不振荡单调不振荡单调不振荡单调不振荡(2)大惯性环节大惯性环节大惯性环节大惯性环节大惯性大惯性2.1 过程动态特性过程动态特性第第2章章 过程建模过程建模 (1)单调不振荡单调不振荡单调不振荡单调不振荡(2)大惯性环节大惯性环节大惯性环节大惯性环节(3)纯滞后纯滞后纯滞后纯滞后 2.1 过程动态特性过程动态特性第第2章章 过程建模过程建模 (1)单调不振荡单调不振荡单调不振荡单调不振荡(2)大惯性环节大惯性环节大惯性环节大惯性环节(3)纯滞后纯滞后纯滞后纯滞后(4)自衡与非自衡自衡与非自衡自衡与非自衡自衡与非自衡 2.1 过程动态特性过程动态特性第第2章章 过程建模过程建模 什么是自衡？什么是自衡？什么是自衡？什么是自衡？第第2章章 过程建模过程建模 自衡过程演示h hq q1 1t tt tq q2 2q q1 1h h调节阀调节阀调节阀调节阀1 1调节阀调节阀调节阀调节阀2 2第第2章章 过程建模过程建模 指对象的平衡状态被破坏后依靠指对象的平衡状态被破坏后依靠指对象的平衡状态被破坏后依靠指对象的平衡状态被破坏后依靠自身能力逐渐达到新的平衡状态，自身能力逐渐达到新的平衡状态，自身能力逐渐达到新的平衡状态，自身能力逐渐达到新的平衡状态，否则无自平衡能力。否则无自平衡能力。否则无自平衡能力。否则无自平衡能力。自自 衡衡第第2章章 过程建模过程建模 第第2章章 过程建模过程建模 2.1 2.1 过程动态特性过程动态特性过程动态特性过程动态特性 2.2 2.2 机理法建模机理法建模机理法建模机理法建模 2.3 2.3 测试法建模测试法建模测试法建模测试法建模第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模单容？单容？单容？单容？输出：输出：输出：输出：h h输入：输入：输入：输入：q q1 1求：求：求：求：h h与与与与q q1 1的数学模型的数学模型的数学模型的数学模型单容：只有一个储蓄容量的过程。如图单容：只有一个储蓄容量的过程。如图单容：只有一个储蓄容量的过程。如图单容：只有一个储蓄容量的过程。如图 (1)(1)自衡单容过程自衡单容过程自衡单容过程自衡单容过程第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模(1)(1)自衡单容过程自衡单容过程自衡单容过程自衡单容过程其中，其中，其中，其中，R R2 2为为为为调节调节调节调节阀阀阀阀2 2的阻力，的阻力，的阻力，的阻力，称为液阻或流阻称为液阻或流阻称为液阻或流阻称为液阻或流阻 A为横截面积为横截面积 根据物料的平衡关系：流入量与流出量之差等根据物料的平衡关系：流入量与流出量之差等根据物料的平衡关系：流入量与流出量之差等根据物料的平衡关系：流入量与流出量之差等于贮水槽液体体积的变化率，得到于贮水槽液体体积的变化率，得到于贮水槽液体体积的变化率，得到于贮水槽液体体积的变化率，得到V为体积为体积第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模数学模型：数学模型：数学模型：数学模型：传递函数：传递函数：传递函数：传递函数：T为为时间常数时间常数为为放大放大系数系数(1)(1)自衡单容过程自衡单容过程自衡单容过程自衡单容过程第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模(1)(1)自衡单容过程自衡单容过程自衡单容过程自衡单容过程的阶跃响应的阶跃响应的阶跃响应的阶跃响应h h(t t)t th h()O O第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模两个概念：两个概念：两个概念：两个概念：容量容量容量容量和阻力和阻力和阻力和阻力 T T=ARAR2 2第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模两个概念：两个概念：两个概念：两个概念：容量容量容量容量和阻力和阻力和阻力和阻力 容量容量容量容量：生产设备和传输管路都具有一定的：生产设备和传输管路都具有一定的：生产设备和传输管路都具有一定的：生产设备和传输管路都具有一定的储蓄储蓄储蓄储蓄物质或能量的物质或能量的物质或能量的物质或能量的能力能力能力能力。反映反映反映反映对象储存能力的大小，对象储存能力的大小，对象储存能力的大小，对象储存能力的大小，称为容量或容量系数。称为容量或容量系数。称为容量或容量系数。称为容量或容量系数。种类：有电容、热容、气容、液容等种类：有电容、热容、气容、液容等种类：有电容、热容、气容、液容等种类：有电容、热容、气容、液容等如水槽面积如水槽面积如水槽面积如水槽面积A A，它影响时间常数，它影响时间常数，它影响时间常数，它影响时间常数 T T 的大小。的大小。的大小。的大小。T T=ARAR2 2第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模 阻力：凡是物质或能量的转移，都要克服阻力。阻力：凡是物质或能量的转移，都要克服阻力。阻力：凡是物质或能量的转移，都要克服阻力。阻力：凡是物质或能量的转移，都要克服阻力。种类：电阻、热阻、气阻、流种类：电阻、热阻、气阻、流种类：电阻、热阻、气阻、流种类：电阻、热阻、气阻、流(液液液液)阻。阻。阻。阻。如阀门阻力如阀门阻力如阀门阻力如阀门阻力 R R2 2，它影响放大系数，它影响放大系数，它影响放大系数，它影响放大系数 K K和时间常数和时间常数和时间常数和时间常数T T 的大小的大小的大小的大小 T T=ARAR2 2 K=RK=R2 2两个概念：两个概念：两个概念：两个概念：容量容量容量容量和阻力和阻力和阻力和阻力第第2章章 过程建模过程建模 0q q2 2q q*h h调节阀调节阀调节阀调节阀1 1调节阀调节阀调节阀调节阀2 2q q1 1h hq q1 1t tt t无纯滞后无纯滞后有纯滞后有纯滞后 0 0第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模(2)(2)自衡纯滞后单容过程自衡纯滞后单容过程自衡纯滞后单容过程自衡纯滞后单容过程第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模数学模型：数学模型：数学模型：数学模型：传递函数：传递函数：传递函数：传递函数：(2)(2)自衡纯滞后单容过程自衡纯滞后单容过程自衡纯滞后单容过程自衡纯滞后单容过程第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模(3)(3)自衡双容过程自衡双容过程自衡双容过程自衡双容过程输出：输出：输出：输出：h h2 2输入：输入：输入：输入：q q求：求：求：求：h h2 2与与与与q q的数学模型的数学模型的数学模型的数学模型传递函数：传递函数：传递函数：传递函数：第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模传递函数：传递函数：传递函数：传递函数：(3)(3)自衡双容过程自衡双容过程自衡双容过程自衡双容过程第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模h2阶跃响应：阶跃响应：阶跃响应：阶跃响应：(3)(3)自衡双容过程自衡双容过程自衡双容过程自衡双容过程h1第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模(4)(4)自衡纯滞后双容过程自衡纯滞后双容过程自衡纯滞后双容过程自衡纯滞后双容过程输出：输出：输出：输出：h h2 2输入：输入：输入：输入：q q求：求：求：求：h h2 2与与与与q q的数学模型的数学模型的数学模型的数学模型传递函数：传递函数：传递函数：传递函数：0第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模h2阶跃响应：阶跃响应：阶跃响应：阶跃响应：0h1 0 0h1h2(4)(4)自衡纯滞后双容过程自衡纯滞后双容过程自衡纯滞后双容过程自衡纯滞后双容过程第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模(5)(5)自衡多容过程自衡多容过程自衡多容过程自衡多容过程无滞后：无滞后：无滞后：无滞后：纯滞后：纯滞后：纯滞后：纯滞后：第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模(6)(6)无自衡单容过程无自衡单容过程无自衡单容过程无自衡单容过程输出：输出：输出：输出：h h输入：输入：输入：输入：q q1 1求：求：求：求：h h与与与与q q1 1的数学模型的数学模型的数学模型的数学模型第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模自衡过程：自衡过程：自衡过程：自衡过程：无自衡过程：无自衡过程：无自衡过程：无自衡过程：(6)(6)无自衡单容过程无自衡单容过程无自衡单容过程无自衡单容过程第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模数学模型：数学模型：数学模型：数学模型：传递函数：传递函数：传递函数：传递函数：纯滞后：纯滞后：纯滞后：纯滞后：0(6)(6)无自衡单容过程无自衡单容过程无自衡单容过程无自衡单容过程第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模(7)(7)无自衡双容过程无自衡双容过程无自衡双容过程无自衡双容过程传递函数：传递函数：传递函数：传递函数：0第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模(7)(7)无自衡双容过程无自衡双容过程无自衡双容过程无自衡双容过程 阶跃响应阶跃响应阶跃响应阶跃响应h h1 1q qt tt th h2 2t t第第2章章 过程建模过程建模 2.2 机理法建模机理法建模小结小结小结小结包括：包括：包括：包括：自衡、无自衡自衡、无自衡自衡、无自衡自衡、无自衡(单容、多容，纯滞后单容、多容，纯滞后单容、多容，纯滞后单容、多容，纯滞后)建模过程：建模过程：建模过程：建模过程：明确输入输出明确输入输出明确输入输出明确输入输出分析内部机理分析内部机理分析内部机理分析内部机理推导方程推导方程推导方程推导方程了解特性了解特性了解特性了解特性第第2章章 过程建模过程建模 作业作业P252-42-9