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解析法建立过程的数学模型

时间:2015-03-23 09:36来源:www.eadianqi.com 编辑:自动控制网
1.机理演绎法 用机理法建模就是根据工业生产过程的机理,写出各种有关的平衡方程如:物质平衡方程;能量平衡方程;动量平衡方程;相平衡方程以及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程,物性参数方程和某些设备的特性方程等,从中获得所

  1.机理演绎法
  用机理法建模就是根据工业生产过程的机理,写出各种有关的平衡方程如:物质平衡方程;能量平衡方程;动量平衡方程;相平衡方程以及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程,物性参数方程和某些设备的特性方程等,从中获得所需的数学模型。
  静态物料(或能量)平衡关系-----单位时间内进入被控过程的物料(或能量)等于单位时间内从被控过程流出的物料(或能量)。
  动态物料(或能量)平衡关系-----单位时间内进入被控过程的物料(或能量)减去单位时间内从被控过程流出的物料(或能量)等于被控过程内物料(或能量)贮存量的变化率。
  2.试验辨识法
  先给被控过程人为地施加一个输入作用,然后记录过程的输出变化量,得到一系列试验数据或曲线,最后再根据输入-输出试验数据确定其模型的结构(包括模型形式、阶次与纯滞后时间等)与模型的参数
  
  3.混合法
  上两种方法的结合,即先通过机理分析确定模型的结构形式,再通过实验数据来确定模型中各系数的大小。

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  解析法建模的一般步骤
  1)明确过程的输出变量、输入变量和其他中间变量;
  2)依据过程的内在机理和有关定理、定律以及公式列写静态方程或动态方程;
  3)消去中间变量,求取输入、输出变量的关系方程;
  4)将其简化成控制要求的某种形式,如高阶微分(差分)方程或传递函数(脉冲传递函数)等;
  单容过程的解析法建模
  例1:某单容液位过程,如右图。贮罐中液位高度h为被控参数,流入贮罐的体积流量为q1过程的输入量并可通过阀门1的开度来改变;流出贮罐的体积流量q2为过程的干扰,其大小可以通过阀门2的开度来改变。试确定q1与h之间的数学关系?
  
  
  温度过程
   
  二 无自衡过程
    
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  串联液体储罐的动态模型
  如图所示液位过程,它有两个串联在一起的储罐。来水首先进入储罐1,然后再通过储罐2流出。试分析液位h2在进水Qi变化时的动态特性
  
  串联液体储罐的方框图
  
  由物料平衡方程,列微分方程为
  
  注意到流量Q1不仅与液位h1有关,而且与液位h2有关
  
  Qo,h1为中间变理,需消去,在此利用方框图化简。首先将各环节进行拉氏变换
  
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  由各环节传递函数画出方框图如图所示
  
  串联液体储罐的方框图
  方框图经过等效变换,可以得出传递函数
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