自動(dòng)控制系統(tǒng)是由被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器組成。系統(tǒng)的控制質(zhì)量與組成系統(tǒng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)的特性都有密切的關(guān)系，特別是被控對(duì)象的特性對(duì)控制質(zhì)量的影響很大。本章著重研究被控對(duì)象的特性，而所采用的研究方法對(duì)研究其他環(huán)節(jié)的特性也是同樣適用的。

在化工自動(dòng)化中，常見的對(duì)象有各類換熱器、精餾塔、流體輸送設(shè)備和化學(xué)反應(yīng)器等。此外，在一些輔助系統(tǒng)中，氣源、熱源及動(dòng)力設(shè)備(如空壓機(jī)、輔助鍋爐、電動(dòng)機(jī)等)也可能是需要控制的對(duì)象。本章著重研究連續(xù)生產(chǎn)過程中各種對(duì)象的特性，因此有時(shí)也稱研究過程的特性。

各種對(duì)象千差萬別，有的操作很穩(wěn)定，操作很容易，有的對(duì)象則不然，只要稍不小心就會(huì)超越正常工藝條件，甚至造成事故。有經(jīng)驗(yàn)的操作人員，他們往往很熟悉這些對(duì)象，只有充分了解和熟悉這些對(duì)象，才能使生產(chǎn)操作得心應(yīng)手，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗。同樣，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，當(dāng)采用一些自動(dòng)化裝置，如紹興中儀的彩屏無紙記錄儀，數(shù)顯控制調(diào)節(jié)儀來模擬人工操作時(shí)，首先也必須深入了解對(duì)象的特性，了解它的內(nèi)在規(guī)律，才能根據(jù)工藝對(duì)控制質(zhì)量的要求，設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測(cè)量元件及控制器。在控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，也要根據(jù)對(duì)象特性選擇合適的控制器參數(shù)(也稱控制器參數(shù)的工程整定)，使系統(tǒng)正常地運(yùn)行。特別是一些比較復(fù)雜的控制方案設(shè)計(jì)，例如前饋控制、計(jì)算機(jī)***優(yōu)控制等更離不開對(duì)象特性的研究

所謂研究對(duì)象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來描述出對(duì)象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。這種對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述就稱為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。在建立對(duì)象數(shù)學(xué)模型(建模)時(shí)，一般將被控變量看作對(duì)象的輸出量，也叫輸出變量，而將干擾作用和控制作用看作對(duì)象的輸入量，也叫輸入變量，通常由溫度傳感器、壓力變送器等采集。干擾作用和控制作用都是引起被控變量變化的因素。由對(duì)象的輸入變量至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱之為通道。控制作用至被控變量的信號(hào)聯(lián)系稱控制通道，干擾作用至被控變量的信號(hào)聯(lián)系稱干擾通道。在研究對(duì)象特性時(shí)，應(yīng)預(yù)先指明對(duì)象的輸入量是什么，輸出量是什么，因?yàn)閷?duì)于同一個(gè)對(duì)象，不同通道的特性可能是不同的。

在控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中，對(duì)象的數(shù)學(xué)模型是十分重要的基礎(chǔ)資料。對(duì)象的數(shù)學(xué)模型可分為靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在靜態(tài)時(shí)的輸入量與輸出量之間的關(guān)系；動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在輸入量改變以后輸出量的變化情況。靜態(tài)與動(dòng)態(tài)是事物特性的兩個(gè)側(cè)面，可以這樣說，動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是在靜態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的發(fā)展，靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是對(duì)象在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的一個(gè)特例。

必須指出，這里所要研究的主要是用于控制的數(shù)學(xué)模型，它與用于工藝設(shè)計(jì)與分析的數(shù)學(xué)模型是不完全相同的。盡管在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，用于控制的和用于工藝設(shè)計(jì)的可能都是基于同樣的物理和化學(xué)規(guī)律，它們的原始方程可能都是相同的，但兩者還是有差別的

用于控制的數(shù)學(xué)模型一般是在工藝流程和設(shè)備尺寸等都已確定的情況下，研究的是對(duì)象的輸入變量是如何影響輸出變量的，即對(duì)象的某些工藝變量(如溫度、壓力、流量等)變化以后是如何影響另一些工藝變量的(一般是指被控變量)，研究的目的是為了使所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)達(dá)到更好的控制效果。用于工藝設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型(一般是靜態(tài)的) 是在產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)量已經(jīng)確定的情況下，通過模型的計(jì)算，來確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝流程和某些工藝條件，以期達(dá)到***好的經(jīng)濟(jì)效益。

數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式主要有兩大類:一類是非參量形式，稱為非參量模型，另一類是參量形式，稱為參量模型。

摘自《化工儀表及自動(dòng)化》