过程控制系统建模：阶跃响应与模型分析

"由阶跃响应求传递函数-[第4讲]过程控制系统建模" 本讲主要探讨了过程控制系统建模中的重要概念和技术，特别是如何从阶跃响应中获取传递函数。在过程控制中，数学模型的建立对于系统设计、优化和仿真研究至关重要。过程建模的目的在于设计控制器、优化工艺流程以及进行仿真分析。建模要求模型简单且准确，尽管实际过程可能复杂，但为了得到实用模型，通常需要忽略次要因素。 4.1过程模型概述 过程建模有两个主要目标：设计控制策略和控制器参数整定、优化工业过程以及进行过程仿真实验。建模时，考虑模型的鲁棒性，允许一定程度的误差，因为闭环控制系统有能力抵消扰动。模型可分为静态模型和动态模型。静态模型关注输入和输出在稳态下的关系，常用于工艺设计和优化；动态模型则描述随时间变化的关系，用于分析系统动态行为。 4.1.2过程模型类型 动态模型分为集总参数模型（将内部结构简化为几个关键环节）、分布参数模型（考虑物理尺寸和位置的连续变化）和多级模型（复杂系统分解成多个独立子系统）。不同的模型类型适用于不同的应用需求。 4.1.3自衡过程与非自衡过程 自衡过程是指系统在不受外部控制作用下，能够随着时间自行恢复到平衡状态。非自衡过程则需要外部控制来维持稳定，这类过程的建模更为复杂，需要考虑更多的动态行为。 此外，本章还涵盖了常见的过程模型类型，如单容和多容过程模型，以及模型参数对控制性能的影响。单容过程模型适用于描述一个储罐或容器内的物料变化，而多容模型更适用于描述内部有多个相互作用的储存单元的过程。模型参数，如时间常数和滞后，直接影响控制系统的响应速度和稳定性。 通过本章的学习，读者可以理解过程控制系统的模型基础，包括建模方法、模型特点和适用场景，从而为实际控制系统的设计和分析提供理论支持。同时，习题与思考部分有助于巩固这些概念，提升读者的实际应用能力。