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4、过程通道二、建模的目的设计过程控制系统和整定调节器参数指导设计生产工艺设备进行仿真试验研究培训运行操纵人员机理分析方法建模建立数学模型不能也没有必要无限追求非常高的模型精度，而应该根据实际需要来确定。否则就可能会为建立模型而付出过大代价，又对生产并无太大的实际意义。2.2机理建模方法一、单容对象的传递函数Qi+QiQi：输入水流量，m3/sQi：输入水流量的增量，m3/sQo：输出水流量，m3/sQo：输出水流量的增量，m3/s消去中间变量令：A=C，容量系数T=RC，时间常数K=KuR，放大倍数该对象对应的方框图：阶跃输入下的响应：自衡对象的阶跃响应曲线实际上，储槽底面积，及液容类似于电容。电容越大，相同的电流变化（增量）造成的电压改变越小；同样，储槽底面积越大，相同流量的改变造成的液位改变越小。二、具有纯滞后的单容对象特性h(t)三、无自衡能力的单容对象特性：响应速度无自衡对象的阶跃响应1、具有自平衡能力的双容对象以q1作为输入量，h2为输出量－：过程的放大倍数双容过程的阶跃响应曲线与单容过程相比，多容过程受到扰动后，被控量h2的变化速度并不是一开始就最大，而是要经过一段滞后后才达到最大，即多容过程对于扰动的响应在时间上存在滞后，称为容量滞后。2、具有自平衡能力的多容对象多容过程的阶跃响应曲线可以发现，双容或多容过程的阶跃响应曲线与单容加上纯滞后对象很类似。所以双容或多容过程也可以用单容加上纯滞后对象来近似。3、无自平衡能力的双容对象－无自平衡能力的双容过程的阶跃响应曲线qi－五、被控对象动态特性的特点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。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。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。换热器热平衡方程为：中和反应器是另一个典型的变增益对象：有些对象的动态参数还表现出非线性特性：在平衡点（）进行线性化：2.3测试建模法非周期函数：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。2、矩形脉冲响应曲线法ch127sm_ch127无自衡过程的矩形响应曲线及其转换3、由阶跃响应曲线确定过程的传递函数二阶惯性加纯滞后：切线法：用(1)式来拟和两点法：用(1)式来拟和首先把y(t)化成无量纲形式：两点法常选用的配对点及计算公式：用（2）式拟和，确定K，，T1，T2时间纯滞后可根据阶跃响应曲线脱离起始的毫无反应的阶段开始出现变化的时刻来确定。用（2）或（3）拟合测试响应曲线，确定其参数的步骤如下：用公式（4）来拟和，确定Ta和用(5)式来拟和，确定Ta、T、曲线拟和t=[0:10:200];%时间取等间隔h=[0.0113,0.0162,0.1974,0.5591,0.7050,0.7744,0.9218,0.9208,0.9852,0.9575,1.0546,0.9873,1.0258,0.9930,1.0203,1.0605,0.9637,1.0051,0.9878,0.9876,1.0349];x0=[2,10,3];%设置被估计参数初值x=lsqcurvefit('onedt',x0,t,h);y=onedt(x,t);err=sum((h-y).^2);plot(t,h,'*',t,y,'k');grid;functiony=onedt(x0,tt)dd=(tt-x0(3)).*(tt>x0(3));y=x0(1)*(1-exp(-dd/x0(2)));实测值和曲线拟和后的阶跃响应曲线二、参数模型辨识方法(现代辨识法)