自动化仪表及过程控制.doc

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1、优质文本?自动化仪表及过程控制?第一章 绪论浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹第一章 绪 论n 本章提要1. 过程控制系统的根本概念2. 过程控制的开展概况3. 过程控制系统的组成4. 过程控制的特点及分类5. 衡量过程控制系统的质量指标n 授课内容第一节 过程控制的开展概况1. 根本概念 过程控制系统-指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。(P3) 过程控制-指工业部门生产过程的自动化。(P3)2. 过程控制的重要性l 进入90年代以来自动化技术开展很快，是重要的高科技技术。

2、过程控制是自动化技术的重要组成局部。在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。3. 过程控制的开展概况l 19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。l 19世纪50年代前后(仪表化及局部自动化阶段)：过程控制开展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。主要特点：检测和控制仪表-采用基地式仪表和局部单元组合仪表(多数是气动仪表)；过程控制系统结构-单输入、单输出系统；被控参数-温度、压力、流量和液位参数；控制目的-保持这些

3、参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动；理论-频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。l 19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制开展的第二个阶段，工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。主要特点：检测和控制仪表-采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构-多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的-提高控制质量或实现特殊要求；理论-除经典控制理论，现代控制理论开始应用。 前馈控制-按扰动来控制，在扰动可测的情况下，可

4、以地提高控制质量。 选择性控制-在生产过程遇到不正常工况或被控量到达平安极限事，自动实现的保护性控制。l 19世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：开展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制开展的第三个阶段。主要特点：检测和控制仪表-新型仪表、智能化仪表、微型计算机；过程控制系统结构-由单 多变量系统，由PID控制规律 特殊控制规律，由定值控制 最优控制、自适应控制，由仪表控制系统 智能化计算机分布式控制系统；理论-现代控制理论 过程控制领域，如状态空间分析，系统辨识及状态估计，最优滤涉及预报。4. 集散控制系统(DCS) 集散控制系统-是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置

5、。系统在结构上是分散的(生产过程是分散系统)，但过程控制的监视、管理是集中的。l 优点：将计算机分布到车间或装置。使系统的危险分散，提高了系统的可靠性，能方便灵活地实现各种新型的控制规律及算法，实现最正确管理。l 集散控制系统的结构原理框图：l 集散控制系统的结构组成：1) 过程输入-输出接口：又叫数据采集站，数据采集及预处理，对实时数据进一步的加工，操作站的显示及打印。2) 过程控制单元：又称根本控制器，是集散控制系统的核心。不同的集散控制系统其差异较大。3) CRT操作站：是集散控制系统的人-机接口装置。执行监控操作、系统组态、编程、动态流程图显示以及局部生产管理。4) 高速数据通路：实现

6、集散控制系统各处理机之间数据传送。5) 管理(上位)计算机：进行集中管理及最正确控制，实现信息-控制-管理一体化。第二节 过程控制系统及其组成1. 过程控制系统组成由测量元件、变送器、调节器、调节阀、被控过程等环节构成。一个简单的过程控制系统被控过程过程检测控制仪表测量元件、变送器、调节器和调节阀2. 过程控制系统实例1发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统过热蒸汽的温度是生产工艺的重要参数3. 过程控制系统实例2PH控制系统4. 过程控制系统实例3液位控制系统第三节 过程控制的特点及系统分类1. 过程控制系统特点 系统由过程检测控制仪表组成 被控过程的多样性生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样。

7、 控制方案的多样性通常有单变量控制系统、多变量控制系统、常规仪表控制系统、计算机集散控制系统、提高控制品质的控制系统、实现特定要求的控制系统。本书将要介绍单回路、串级、前馈、比值、均匀、分程、选择性、大时延、多变量系统，还要介绍高级新型系统(自适应控制、预测控制)以及极可能成为系统主流的集散控制系统(DCS)。 过程控制的控制过程多属慢过程，而又多半属参量控制被控过程具有大惯性、大时延(滞后)等特点。对表征其生产过程的温度、压力、流量、液位(物位)、成分、PH等过程参量进行自动检测和自动控制。 定值控制是过程控制的一种主要控制形式如何减小或消除外界扰动对被控量的影响，使被控量能控制在给定值上，

8、使生产稳定。2. 过程控制系统分类 按系统的结构特点分类：l 反响控制系统 反响控制系统-反响控制系统是根据系统被控量及给定位的偏差进行工作的，最后到达消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。前面的液位控制系统，就是一反响控制系统。又称闭环控制系统。是过程控制系统中最根本的一种。多回路反响控制系统。l 前馈控制系统 前馈控制系统-直接根据扰动量的大小进行工作的，扰动是控制的依据。不构成闭合回路，故也称为开环控制系统。由于前馈控制是一种开环控制，无法检查控制的效果，所以在实际生产过程中是不能单独应用的。l 前馈反响控制系统(复合控制系统) 前馈开环控制的主要优点：能针对主要扰动迅速及时克服对被

9、控量的影响。反响控制的主要优点：克服其他扰动，使系统在稳态时能准确地使被控量控制在给定值上。构成的前馈反响控制系统可以提高控制质量。 按给定值信号的特点分类：l 定值控制系统 系统被控量(温度、压力、流量、液位、成分等)的给定值保持在某一定值(或在某一很小范围内不变)中。例如前述的例子就是定值控制系统。系统的输入信号是扰动信号。l 随动控制系统 随动控制系统-被控量的给定值随时间任意地变化的控制系统。作用：克服一切扰动，使被控量及时跟踪给定值变化。例如在加热炉燃烧过程控制，控制系统就要使空气量跟随燃料虽的变化自动控制空气量的大小从而保证到达最正确燃烧。l 程序控制系统 程序控制系统-被控量的给

10、定值是按预定的时间程序而变化的。控制的目的：使被控量按规定的程序自动变化。例如机械工业中的退火炉的温度控制系统。第四节 衡量过程控制系统的质量指标控制性能良好：在受到外来干扰作用或给定值发生变化后，应平稳、迅速、准确地回复(或趋近)到给定值上。评价控制性能好坏的质量指标。根据工业生产过程对控制的实际要求来确定。通常采用的两种质量指标：1. 系统过渡过程的质量指标 余差(静态偏差)c系统过渡过程终了时给定值及被控参数稳定值之差。它是一个准确性的重要指标，是一个静态指标。一般要求余差不超过预定值或为零。 衰减比n或衰减率衰减比n-指振荡过程的第一个波的振幅及第二个波的振幅之比，即，衡量系统过渡过程

11、稳定性的一个动态指标，反映了振荡的衰减程度。nl表示系统是不稳定的，振幅愈来愈大。n1表示为等幅振荡。n4表示系统为4：1的衰减振荡。 有时亦用衰减率()来表示系统的稳定程度。在工程上，应根据生产过程的特点来确定适宜的。一般取衰减率g0.75O.9 最大偏差A(或超调量)定值控制系统:用最大偏差A来衡量被控参数偏离给定值的程度。最大偏差是指被控参数第一个波的峰值及给定值的差。A=B+C随动控制系统：常用超调量这个指标来衡量被控参数偏离给定值的程度。超调量定义为： A、都是衡量系统质量的一个重要指标。假设A、愈大那么表示被控量偏离生产规定的状态越远。规定允许最大偏差。 过渡过程时间ts过渡过程时

12、间ts：表示系统过渡过程曲线进入新的稳态值的5或 2范围内所需的时间。ts愈小表示过渡过程进行得愈快。它是反映系统过渡过程快慢的指标。 峰值时间tp峰值时间tp：是指系统过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间。其大小反映系统响应的灵敏程度。2. 误差偏移性能指标单项指标来表示控制系统的质量以外，还可以用综合指标来对系统过渡过程进行综合评价。一个过程控制系统的质量主要看偏差的变化情况。可采用偏差及时间的某种积分关系作为衡量系统质量的准那么，这就是积分指标。常用有：l 平方误差积分指标(ISE)；l 时间乘误差的平方积分指标(ITSE)；l 误差绝对值积分指标(IAE)；l 时间乘误差绝对值的积分

13、指标(ITAE)这些值到达最小的系统就是最优的系统。n 补充内容 过程控制仪表是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量到达预期的要求。 由单元组合仪表构成的简单控制系统 过程控制仪表的分类l 按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。l 按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表等。基地式控制仪表以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。基地式控

14、制仪表特点：般结构比拟简单、价格廉价它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比拟适用于单变量的就地控制系统。目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。单元组合式控制仪表将整套仪表划分成能独立实现一定功能的假设干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。它适用于各种企业的自动控制。广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。组件组装式控制仪表

15、是一种功能别离、结构组件化的成套仪表(或装置)。它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。其中国产的TF型、MZ型以及SPEC200等组装仪表即属此类控制仪表。l 按信号形式分类：模拟控制仪表和数字控制仪表两大类。其中DDZ型仪表和QDZ型仪表都属于模拟控制仪表；SLPC可编程调节器、KMM可编程调节器、PMK可编程调节器等都属于数字控制仪表。 过程控制仪表的开展过程控制仪表的主体是气动控

16、制仪表和电动控制仪表，它们的发生和开展分别经历了基地式、单元组合式(型、型、型)、组装式及数字智能式等几个阶段。 过程控制仪表的信号制及传输方式为方便有效地把自动化系统中各类现场仪表及控制室内的仪表和装置连接起来，构成各种各样的控制系统，仪表之间应有统的标准信号进行联络和适宜的传输。第二章 过程建模浏览字体设置：-11pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹第二章 过程建模n 本章提要1. 过程建模的根本概念2. 单容过程的数学模型的建立3. 多容过程的数学模型的建立4. 用响应曲线法辨识过程的数学模型5. 用相关统计法辨识过程的数学模型6. 用最小二乘参数估计方法的系统辨识n

17、 授课内容第一节 根本概念在过程控制系统的分析和设计中，过程的数学模型是极其重要的根底资料。所以，建立过程的数学模型对于实现生产过程自动化有着十分重要的意义。一个过程控制系统的优劣，主要取决于对生产工艺过程的了解和建立过程的数学模型。1. 根本概念 被控过程-指指正在运行中的多种多样的工艺生产设备。(P11) 被控过程的数学模型-指过程在各输入量包括控制量和扰动量作用下，其相应输出量被控量变化函数关系的数学表达式。(P11) 过程模型的两种描述形式：l 非参量形式：即用曲线或数据表格来表示形象、直观，但对进行系统的设计和综合不方便。l 参量形式：即用数学方程来表示方便，描述形式有：微分方程、传

18、递函数、差分方程、脉冲响应函数、状态方程和观察方程等。 过程控制系统方框图： 内部扰动根本扰动-通常是一个可控性良好的输入量，选作为控制作用，即调节器的输山量(u(t)作为控制作用。根本扰动作用于闭合回路内，所以对系统的性能起决定作用。 外部扰动-其他的输入量那么称为扰动作用f1tfnt。外部扰动对过程控制也有很大影响。 输入量-u1(t)、u2(t)、un(t)，f1(t)、f2(t)、fn(t) 输出量-y1(t)、y2(t)、yn(t) 通道-被控过程输入量及输出量之间的信号联系。 控制通道-控制作用及被控变量之间的信号联系。 扰动通道-扰动作用及被控变量之间的信号联系。注：x(t)为系

19、统的设定值给定值、比拟值 单输入单输出系统- 多输入单输出系统- 多输入多输出系统-需要解耦控制 过程的阶跃响应曲线：注：大多数被控过程特性的特点是被控量的变化往往是不振荡的、单调的、有时延的和惯性的。上图表示在输入扰动x其实应该是u或f作用下，输出y被控量的具有时延的响应。 自衡过程-过程对扰动的响应有时延，被控量变化最后到达新的平衡，即过程具有自平衡能力。如图22(a)所示； 无自衡过程-被控量不断交化最后不再平衡下来，过程无自平衡能力。如图22(b)所示。2. 建立过程数学模型的目的l 设计过程控制系统和整定调节器参数。过程控制系统设计时选择控制通道、确定控制方案、分析质量指标、探索最优

20、工况以及调节器参数的最正确整定都是以被控过程的数学模型为重要依据的。l 指导生产工艺设备的设计。确定有关因素对整个被控过程特性的影响，从而提出对生产设备的结构设计的合理要求和建议。l 进行仿真试验研究。不需要建造小的物理模型，只要根据过程的数学模型通过计算机进行仿真试验研究。3. 被控过程数学模型的应用及要求 被控过程数学模型的局部应用及要求可见表2l所示。 自适应控制-能适应被控过程参数(或环境条件)的变化，自动修正控制器参数(控制算法)以补偿被控过程特性变化的一种控制。第九章P299 调节器参数整定-系统整定的实质，就是通过改变控制参数使调节器特性和被控过程特性配合好，来改善系统的动态和静

21、态特性，求得最正确的控制效果。 最优控制-目的在于使一个机组、一台设备、或一个生产过程实现局部最优。最优控制问题核心是选择控制函数u(f)，使得某一性能指标到达最小或最大值。4. 求取被控过程数学模型的方法三种l 根据过程的内在机理，通过静态及动态物料平衡和能量平衡等关系用数学推导的方法求取过程的数学模型。l 根据过程输入、输出的实验数据，即通过过程辨识及参数估计的方法建立被控过程的数学模型。l 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。 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

22、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。5. 机理推导的几类数学模型 机理推导的几类数学模型可见表22。 集中参数过程-单个控制参数的过程控制 分布参数过程-多个控制参数的过程控制 多级过程-控制过程有多个控制步，相当及离散系统 例：单输入单输出的过程模型数学模型l 线性时间连续模型(可用微分方程或传递函数表示)l 线性时间离散模型(可用差分方程或脉冲传递函数表示)第二节 建立单容过程的数学模型 单容过程-只有一个贮蓄容量的过程。单容过程可分为有自平衡能力和无自平衡能力两

23、类。1. 自衡过程的建模 自衡过程-指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。 容量或容量系数-被控过程都具行定贮存物料或能量的能力，其贮存能力的大小。其物理意义是：引起单位被控量变化时被控过程贮存量变化的大小。 例：液位过程Q1-流入量，控制过程的输入变量Q2-流出量，中间变量h-液位，控制过程的输出变量动态物料平衡关系：，其增量形式：。物理原理：。消去中间变量Q2，及拉氏变换后，得传递函数：被控过程都具行定贮存物料或能量的能力，其贮存能力的大小，称为容量或容量系数。其物理意义是：引起单位被控量变化时被控过程贮存量变化的大小。 例：温度过

24、程 例：具有纯时延的液位过程具有纯时延单容过程的微分方程和传递函数为：2. 无自衡过程的建模 无自衡过程-指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身不能重新恢复平衡的过程。 例：无自衡液位控制过程；第三节 建立多容过程的数学模型 多容过程-被控过程往往是由多个容积和阻力构成。可分为有自平衡能力和无自平衡能力两类。1. 具自衡能力的双容过程的建模其被控量是第二只水箱的液位h2，输入量为Q1。根据物料平衡关系可以列出以下方程：双容过程的数学模型为： 多容过程多容过程的传递函数：或过程具有纯时延，那么传递函数：2. 无自衡能力的双容过程的建模无自平衡能力双容过程的传

25、递函数：无自平衡能力双容过程的传递函数：过程具有纯时延，那么传递函数：第四节 用响应曲线法辨识过程的数学模型有些复杂过程的根据机理建立数学模型较难，即使用解析法得到过程的数学模型，仍然希望采用实验方法加以检验，尤其当推导不出过程数学模型时，更需要通过实验方法即辨识方法来求得：响应曲线法主要用于测取过程的阶跃响应曲线和矩形脉冲响应曲线。1. 阶跃响应曲线的测定 测定阶跃响应曲线的原理：在过程的输入量作阶跃变化时测定其输出量随时间而变化的曲线。 阶跃响应曲线能形象、直观、完全描述被控过程的动态特性。 实验测试考前须知：l 合理选择阶跃信号值。一般取阶跃信号值为正常输入信号的515左右。l 在输入阶

26、跃信号前，被控过程必须处于相对稳定的工作状态。l 相同的测试条件下重复做几次，减少干扰的影响。l 由于过程的非线性，应在阶跃信号作正、反方向变化时分别测取其响应曲线，以求取过程的真实特性。2. 矩形脉冲响应曲线的测定 用矩形脉冲响应曲线的原因：当过程长时间处于较大扰动信号作用下时，被控量的变化幅度可能超出实际生产所允许的范围，这时可用矩形脉冲信号作为过程的输入信号，测出过程的矩形脉冲响应曲线阶跃响应曲线由于测试时间较长而不适宜。 响应曲线变换原因：由于试验所得的阶跃响应曲线的参数估计较方便。 变换方法：或图213是自衡过程的矩形脉冲响应曲线及其求取阶跃响应曲线的方法，由无自衡过程的矩形脉冲响应

27、曲线画出阶跃响应曲线的方法及上相同。3. 由过程阶跃响应曲线确定其数学模型 为了研究、分析和设计过程控制系统，需要根据实验取得的阶跃响应曲线来求出过程的微分方程或传递函数。 由阶跃响应曲线确定过程的数学模型，首先选定模型的结构。 模型的结构：近似地以一阶、二阶、一阶加时延、二阶加时延特性之一来描述。l 自平衡过程：l 无自平衡过程：注：关键由阶跃响应曲线求得放大系数K0、时间常数T0、纯时延时间。 几种常用确实定K0、时间常数T0、纯时延时间参数的方法：l 由阶跃响应曲线确定一阶环节的特性参数需确定K0、时间常数T0，T0由直接作图法或半对数图解法求的，但不准确见书P2223，见以下图。T0半

28、对数图解法更准确：见式2-40、式2-41l 由阶跃响应曲线确定一阶时延(滞后)环节的特性参数需确定K0、时间常数T0、纯时延时间，T0、由直接作图法或转换法求得，但不准确见书P2425。见式2-47，2-48，2-49的较准确的方法。注意：如果T1及T2值、及值相差太大，那么不能用这种方法，应选用二阶时廷环节来近似。l 由阶跃响应曲线确定二阶或n阶环节的特性参数需确定K0、时间常数T1、时间常数T2，上式的t1、t2在不同比值时可以确定不同的数学模型。见书P26n阶环节时：需确定K0、时间常数T0、阶次n见书P27注：求取过程时间常数T1、T2同样亦可用半对数作图法。见书P2730，略l 由

29、阶跃响应曲线确定二阶时延(滞后)环节的特性参数需确定K0、时间常数T1、时间常数T2、纯时延时间；时间常数T1、时间常数T2确定：；纯时延时间：见书P3031l 由阶跃响应曲线确定无自衡过程的特性参数积分时间常数Ta、纯时延时间二阶或二阶加时延见书P32第五节 用相关统计法辨识过程的数学模型 响应曲线法辨识过程数学模型优点：方法简便，并可获得一定精度的模型。缺点：但要进行专门的试验，其生产装置要由正常运行状态转入试验状态，因此会影响生产过程的正常进行。 相关统计法辨识过程数学模型优点：可以在生产过程正常运行状态下进行，可直接利用正常运行所记录的数据进行统计分析，由此获得过程的数学模型。缺点：但

30、要较长时间的记录数据，进行较繁琐的计算，同时正常运行时的记录数据，参数被动不大，所以统计分折的精度不太高。随机过程理论为根底的统计学方法在此已获得了广泛地应用，可以缩短测试时间和提高精度。 相关统计法辨识过程数学模型步骤：先将M序列伪随机信号输入被控过程，然后计算其输出信号及输入信号的互相关函数，这样就求得过程的脉冲响应函数，从而获得其数学模型。1. 随机信号的统计描述 随机信号-信号是随时间随机地变化的。 随机过程-客观世界中的许多随机现象表示着事物随机变化的过程随机现象不能仅用个随机变量来描述，需要用一族随机变量来描述。随机过程可以用总体平均值、总体均方值来描述。总体平均值：总体均方值：

31、平稳随机过程-一个随机过程它的统计特性在各个时刻都不变。平稳随机过程在不同时刻T1、T2、的总体平均值和总体均方值都是相等的。即： 随机过程的一个实现-研究随机过程所得到的一条实验曲线x1(t),x2(t).等。 各态历经的平稳随机过程-x1(t),x2(t).的统计性质是彼此相同的。此时其总体的统计特性就可用一条记录曲线的统计特性来表示总体平均值、时间均方值。有些生产过程(如有些化工生产过程)的统计特性变化是非常缓慢的，在足够长的时间内可以近似认为是一个平稳随机过程，而且具有各态历经性，所以可以用一条时间足够长的记录曲线来进行统计分析。2. 相关函数、谱密度函数和白噪声的根本概念 相关函数包

32、括自相关函数和互相关函数。 自相关函数-一个信号的未来值及现在值之间的相关程度，它为及乘积的时间平均值即:；当时， 互相关函数-两信号间有相互影响，为及乘积的时间平均值即: 谱密度函数时间域描述-频率域描述用傅氏变换 谱密度函数功率密谱-信号x(t)的自相关函数的傅氏变换。 白噪声 白噪声-信号x(t)是一个平稳随机过程，且在所有频率下，其功率密度谱都具有恒定的幅值。白噪声特点：变化速度极快，它的值前后互不相关，即其自相关函数可用一个单位脉冲函数来描述。白噪声只是理论上的抽象，实际上是不存在的。但是假设一随机信号在所考虑的频率范围内其功率密度谱是恒定的，那么可认为是一个白噪声。相关统计法辩识被

33、控过程的脉冲响应函数所采用的随机信号源应该是白噪声。3. 用相关统计法来辨识过程的数学模型用白噪声辩识过程的数学模型一个线性过程的数学模型可用它的脉冲响应函数来表示。假设其输入x(t)是一个平稳的随机过程，那么其输出y(t)也是一个平稳随机过程。假设过程的输入为自相关函数，那么其输出为互相关函数。辨识即是求脉冲响应函数g(u)。辨识方法：取输入信号为白噪声，有且由Wiener-Hopf方有因为，那么：即在过程输入端施加白噪声，求取，就可求得了过程的数学模型。但实际上常用伪随机信号作为辨识被控过程的输入信号。 用伪随机信号辨识过程的数学模型 伪随机信号-它并非真正的随机信号，是人为产生的一种具有

34、某些随机信号的统计特性的随机信号。是一种周期为T的信号序列，有多种形式，其中最简单、最常用的是二位式序列(简称M序列)。l M序列：循环周期T为，就是时钟脉冲周期。工程上容易实现。当很小，很大时，趋近于一个理想的函数。l 辨识原理：，输入伪随机信号后，由式2-79可获得，那么可求。l 辨识步骤：估计过程的过渡过程时间Ts-选择M序列参数周期TTs且-产生M序列伪随机信号-实验测试得-利用公式求得。l 应用举例：见书P38P40略。第六节 用最小二乘参数估计方法的系统辨识 过程建模有基于机理和基于输入输出实验数据两种。机理建模(亦称过程动态学方法)已在本章前面第1、2节作了介绍。根据输入输出实验

35、数据建模那么称为系统辨识第3、6节介绍。在模型结构已定，根据输入输出数据来确定模型参数的工作称为参数估计。 确定模型的结构及参数有两种方法。第一种：根据响应曲线来确定模型的结构和参数第3、5节介绍；第二种：根据输入输出实验数据进行推算，最小二乘参数估汁方法就是其中之一第6节介绍。1. 参数估计的最小二乘法一个单输入单输出的线性n阶定常系统可用如下差分方程表示：令：求的即得到差分方程的参数，即做到参数估计。 参数估计的最小二乘法原理：从上式所示的一类模型中找出这样一个模型，在这个模型中，得到的过程参数向量的估计值，应使模型误差的均方值或其他指标为最小。最小二乘法估计值2. 参数估计的递推最小二乘

36、法参数估计的最小二乘法和递推最小二乘法区别：最小二乘估计法：在测取一批数据后再进行计算的，即利用全部采样点的数据直接完成估计。当获得新的数据后，要将新的数据附加到老的数据之上，重复重新计算。递推最小二乘法：为防止计算工作最大，采用递推算法，亦称为在线辨识，即采用新的数据来改良原来的参数估计，使估计值不断刷新得到新的估计值。3. 模型阶次确实定在辨识过程中，模型的阶次是否适宜是必须进行检验的。常用拟合度检验法。它是通过比拟不同阶次的模型输出及观察输出的拟合好坏来决定模型阶次的。4. 纯时延时间确实定纯时延一般取采样时间间隔的整数倍，其一般可以事先知道。第三章 过程参数检测及变送浏览字体设置：-1

37、1pt+10pt12pt14pt16pt放入我的网络收藏夹第三章 过程参数检测及变送n 本章提要1. 过程参数检测及变送的根本概念2. 温度检测及变送3. 压力检测及变送4. 流量检测仪表5. 液位检测仪表6. 成分分析仪表n 授课内容第一节 根本概念、概述1. 过程参数检测根本概念 过程参数检测-指连续生产过程中的温度、压力、流量、液位和成分等参数的检测。(P50) 检测仪表-将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表。 一次仪表-一般为将被测量转换为便于计量的物理量所使用的仪表，即为检测元件。 二次仪表-将测得的信号变送转换为可计量的标准电气信号并显示的仪表。即包括变送器和显示装置。2.

38、测量过程及测量误差 测量过程-利用一个的单位量(即标准量)及被测的同类量进行比拟的过程。 测量误差-在测量过程中测量结果及被测量的真值之间会有一定的差值。它反映了测量结果的可靠程度。 测量误差的分类：l 绝对误差及相对误差 绝对误差-指测量结果及被测量的真值之差。通常把检定中高一等级的计量标准所测得的量值作为真值(实际值)。 相对误差-指绝对误差及真值或测量值之百分比。常见有如下三种表示方式： 实际相对误差-是指绝对误差及被测量的真值(实际值)之百分比。 标称相对误差-是指绝对误差及仪表示值之百分比。 引用相对误差-是指绝对误差及仪表的量程之百分比。l 系统误差、随机误差和疏忽误差。 系统误差

39、-指测量仪表本身或其他原因(如零点没有调整好等)引起的有规律的误差。 随机误差-指在测量中所出现的没有一定规律的误差。 疏忽误差-指观察人员误读或不正确使用仪器及测试方案等人为因素所引起的误差。l 根本误差、附加误差和允许误差根本误差-指仪表在规定的正常工作条件下所具有的误差。附加误差-指仪表超出规定的正常工作条件时所增加的误差。允许误差-指仪表的示值或性能不允许超过某个误差范围。3. 检测仪表的性能指标 仪表精度(仪表准确度)仪表精度-仪表精度是根据国家规定的允许误差大小分成几个等级的。某一类仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的百分比误差的最大值。我国过程检测控制仪表的精度等级有0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等。一般工业用表为0.54级精度。 在选用仪表的精度等级时，应根据实际需要求定，不能只追求高精度等级。 变差 变差-在外界条件不变的情况