任务一对象特性和建模《化工仪表及自动化》
一数学模型及描述方法二机理建模三描述对象特性的参数目录
学习目标1.掌握被控对象的特点。2.了解建模的过程。3.认识对象的特性参数。4.掌握单容自衡水箱的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的阶跃响应曲线。5.根据实训得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特性。
一数学模型及描述方法
研究对象的特性，就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系。这种对象特性的数学描述就称为对象的数学模型。在建立对象数学模型（建模）时，如图所示。对象的输入、输出量
1.数学模型建立的方法机理建模经验建模混合模型
1.数学模型建立的方法从机理出发，即从对象内在的物理和化学规律出发，建立描述对象输入输出特性的数学模型。对于已经投产的生产过程，也可以通过实验测试或依据积累操作数据，对系统的输入输出数据，通过数学回归方法进行处理。通过机理分析，得出模型的结构或函数形式，而对其中的部分参数实测得到。机理模型经验建模混合模型
当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。特点：形象、清晰，比较容易看出其定性的特征。缺点：直接利用它们来进行系统的分析和设计往往比较困难2.数学模型的表达形式非参量模型
当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。参考模型的形式很多。静态数学模型比较简单，一般可用代数方程式表示。动态数学模型的形式主要有微分方程、传递函数、差分方程及状态方程等。2.数学模型的表达形式参量模型
2.数学模型的表达形式参量模型微分方程对于线性的集中参数对象，通常可用常系数线性微分方程式来描述，如果以表示输入量，表示输出量，则对象特性可用下列微分方程式来描述。
2.数学模型的表达形式参量模型微分方程在允许的范围内，多数化工对象动态特性可以忽略输入量的导数项可表示为
二机理建模
1.建模目的01控制系统的方案设计对被控对象特性的全面和深入地了解，是设计控制系统的基础。02控制系统的调试和控制器参数的确定为了使控制系统能安全投运并逬行必要的调试，必须对被控对象的特性有充分的了解。03制定工业过程操作优化方案操作优化往往可以在基本不增加投资与设备的情况下，获取可观的经济效益。
1.建模目的04新型控制方案及控制算法的确定在用计算机构成一些新型控制系统时，往往离不开被控对象的数学模型。05计算机仿真与过程培训系统利用开发的数学模型和系统仿真技术，使操作人员有可能在计算机上对各种控制策略进行定量的比较与评定。06设计工业过程的故障检测与诊断系统利用开发的数学模型可以及时发现工业过程中控制系统的故障及其原因，并能提供正确的解决途径。
2.机理建模①水槽对象如图是一个水槽，水经过阀门1不断流入水槽，水槽内的水又通过阀门2不断流出。—阶对象水槽对象
2.机理建模②积分对象当对象的输出变量与输入变量对时间的积分成比例关系时，称为积分对象。如图所示的液体贮槽，就具有积分特性。—阶对象积分对象
3.时滞对象有的对象或过程，在受到输入作用后，输出变量并不立刻随之变化，而是要隔上段时间才有响应，这种对象称为具有时滞特性的对象，而这段时间就称为时滞（或纯滞后）。时滞的产生一般是由于介质的输送需要一段时间而引起的。
3.时滞对象【例】例如图（a）所示的溶解柚，料斗中的固体物料用皮带输送机送至加料口。在料斗处加大送料量后，固体溶质需等输送机将其送到加料口并落入槽中后，才会影响溶液浓度。当以料斗的加料量作为对象的输入，溶液浓度作为输出时，其反应曲线如图（b）所示。溶解槽及其反应曲线
3.时滞对象显然，时滞与皮带输送机的传送速度和传送距离L有如下关系另外，从测量方面来说，由于测量点选择不当，测量元件安装不合适等原因也会造成时滞。
3.时滞对象当加热蒸汽量增大时，槽内温度升高，然而槽内溶液流到管道测温点处还要经过一段时间τ0。所以，相对于蒸汽流量变化的时刻，实际测得的溶液温度T要经过时间τ0后才开始变化。蒸汽直接加热器
3.时滞对象时滞对象的特性是当输入变量发生变化时，其输出变量不是立即反映输入变量的变化，而是要经过一段时间以后，才开始等量地反映输入变量x的变化。表示成数学关系式为时滞对象输入、输出特性
三描述对象特性的参数
1.放大系数K对于如图所示的简单水槽对象，当流入流量Q有一定的阶跃变化后，液位h也会有相应的变化，但最后会稳定在某一数值上。如果我们将流量Q的变化看作对象的输入。而液位h的变化看作对象的输出，那么在稳定状态时，对象一定的输入就对应着一定的输出，这种特性称为对象的静态特性。
1.放大系数KK在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。K越大，就表