第一章生产过程的动态特性 §1-1被控过程特性的一般描述 51-2单容过程的动态特性 51-3多容过程的动态特性 51-4纯迟延 51-5分布参数 51-6非线性 51-7生产过程动态特性的实验测试 与数据处理
第一章 生产过程的动态特性 § 1－1 被控过程特性的一般描述 § 1－2 单容过程的动态特性 § 1－3 多容过程的动态特性 § 1－4 纯迟延 § 1－5 分布参数 § 1－6 非线性 § 1－7 生产过程动态特性的实验测试 与数据处理
§1-1被控过程特性的一般描述 动态特性与静态特性 动态特性被控参数随时间变化的特性y(t) 静态特性稳定平衡状态下参数间的相互关系 uI 输入u 输出yu2 被控过程 被擦过程 单输入单输出过程 多输入多输出过程
§1-1 被控过程特性的一般描述 一 . 动态特性与静态特性 动态特性 被控参数随时间变化的特性y(t) 静态特性 稳定平衡状态下参数间的相互关系 被控过程 u1 u2 um y1 yn y2 多输入多输出过程 输入u 输出y 单输入单输出过程 被控过程 . . . . .
二.动态特性的描述方法 1参数描述法 微分方程描述 n-1 …+a1x+aoy +6 n-1 +b1,+a dt 传递函数描述 Ges-Y(s 6.s"+6 +…+b1s+bs+b U(s) a,s"+a n一 +as tast ao 差分方程描述 )+《-)+…+q")(y-)=p(y-q)+pv(K-q-)+…+P(-q-) 脉冲传递函数 Y(z)b+b2+…+bn1二m+bn n U(=)1+a12-+…+an-1
二. 动态特性的描述方法 1.参数描述法 微分方程描述 传递函数描述 差分方程描述 脉冲传递函数 a u dt du b dt d u b dt d u a y b dt dy a dt d y a dt d y a m m m m m n m n n n n n 1 1 0 1 1 1 0 1 1 + 1 + + + = + + + + − − − − − − 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 ( ) ( ) ( ) a s a s a s as a b s b s b s bs b U s Y s G s n n n n m m m m + + + + + + + + + + = = − − − − ( ) ( 1) ( ) ( ) ( 1) ( ) y k + a1 y k − ++ an y k − n = b0 u k − d +b1 u k − d − ++bm u k − d −m d n n n n m m m m d z a z a z a z b b z b z b z U z Y z G z − − + − − − − + − − − − + + + + + + + + = = 1 1 1 1 1 1 1 0 1 ( ) 1 ( ) ( )
状态空间方程描述 X=AX+ BU Y=CX 2非参数描述法响应曲线 阶跃响应脉冲响应频率响应 噪声响应:白噪声、M序列 3参数描述与非参数描述的相互转换 参数描述—非参数描述 已知微分方程、传递函数,输入信号,画出响应曲线 非参数描述—参数描述 限需禁支方传楼到是的坡线,再得到特征参数
状态空间方程描述 2.非参数描述法 响应曲线 阶跃响应 脉冲响应 频率响应 噪声响应:白噪声、M序列 3.参数描述与非参数描述的相互转换 参数描述 非参数描述 已知微分方程、传递函数，输入信号，画出响应曲线 非参数描述 参数描述 根据实验数据或直接得到响应曲线，再得到特征参数， 从而得到微分方程、传递函数 Y CX X AX BU = = + •
、过程动态特性的测取 1从生产过程的机理分析推导出描述式 物料平衡、能量平衡方程,运动方程, 化学反应方程(过程动态学) 2实验研究 线性对象和非线性有较大差别 以实验信号激励过程→ 求取响应曲线→ 形状特征参数→ 辨识出过程动态特性(阶次参数)
三、过程动态特性的测取 1.从生产过程的机理分析推导出描述式 物料平衡、能量平衡方程，运动方程， 化学反应方程（过程动态学） 2.实验研究 线性对象和非线性有较大差别 以实验信号激励过程 求取响应曲线 形状特征参数 辨识出过程动态特性(阶次,参数)
§1-2单容过程的动态特性 单容存在一个存储物料或能量的容积 单容加热过程的微分方程 基本出发点热量平衡方程 加热量 体积V 出口温度 冷水 比热C 入口温度 加热过程 0- 介质密度p 热水 流速(量)G
§1-2 单容过程的动态特性 单容:存在一个存储物料或能量的容积 一.单容加热过程的微分方程 基本出发点 热量平衡方程 冷水 热水 加热过程 体积V 介质密度 比热C 入口温度 加热量 出口温度 1 2 流速（量）G Qi
容器内存储热量的变化 加热量+流体进出热量之差 CO2=[Q+GCOa1-02)1) CM2 2+GC02=2,+GCe(2) dt 如果起始点(t=0时)为稳定平衡状态, 则 210=GC020-GC01o (3) (2)(3),且令B2= AQ=9-90
容器内存储热量的变化 =加热量+流体进出热量之差 V Cd Q GC dt i [ ( )] 2 = + 1 − 2 2 1 2 G C Q G C dt d V C + = i + Q10 = GC 20 −GC10 如果起始点（t=0时）为稳定平衡状态， 则 (3) (2)-(3)，且令 i q Qi = Qi −Q10 2 = 2 (1) (2)
以2输出量,q输入量的微分方程为 de 2+GC02=9 pdo2 + g dt GC 以四输出量,输入量的微分方程为 体积:立方米 V-,2+GCO,=GC6比热:卡度千克 密度:千克/立方米; d 流量:千克/秒; 2+2=B1 g dt 热量:卡 可作各项量纲检查,检查其正确性
以 为输出量， 为输入量的微分方程为 qi dt G C d G V 1 2 2 + = 2 1 2 + = dt d G V GC qi dt d V C + 2 = 2 以 为输出量， 为输入量的微分方程为 2 i q 2 1 可作各项量纲检查，检查其正确性 2 1 2 GC GC dt d V C + = 体积：立方米； 比热：卡/度千克； 密度：千克/立方米； 流量：千克/秒； 热量：卡
方程的列写过程 以物料或能量平衡方程为基本依据 以基本平衡方程减去起始平衡点的平衡 方程(初始条件),得到增量方程 整理得到以增量为变量的微分方程标准 形式
方程的列写过程 以物料或能量平衡方程为基本依据； 以基本平衡方程减去起始平衡点的平衡 方程（初始条件），得到增量方程； 整理得到以增量为变量的微分方程标准 形式
单容水槽的微分方程 流入量q 流出量q 水槽 水位 Q1 水位高度 H+ h 阻力R 底面积C
二.单容水槽的微分方程 Qi Qo 阻力 R 底面积 C 水位高度 H+ h 水 槽 h 水位 流入量qi 流出量qo