第4章 过程系统的动态模拟分解
操作系统第4章练习题
操作系统第4章练习题操作系统常见题解析及模拟题内容第4章存储器管理4.1典型例题解析【例1】某系统采用动态分区分配方式管理内存，内存空间为640k，高端40k用来存放操作系统。
在内存分配时，系统优先使用空闲区低端的空间。
对下列的请求序列：作业1申请130k、作业2申请60k、作业3申请100k、作业2释放60k、作业4申请200k、作业3释放100k、作业1释放130k、作业5申请140k、作业6申请60k、作业7申请50k、作业6释放60k，请分别画图表示出使用首次适应算法和最佳适应算法进行内存分配和回收后内存的实际使用情况。
动作首次适应算法最佳适应算法空闲分区已分配分区己分配分区空闲分区（始址，大(作业，始址，大小)（作业，始址，大小)(始址，大小)小)130,470190,410l，o，1301，o，1302,130,601，o，1302,130,603,190,100l，0,1303,190,100l，0,1303,190,1004,290,200l，0，1304,290,2004,290,2004,290,2005,0,1404,290,2005,0，1406,490,604,290,2005，o，1406,490,607,550,504,290,2005,0，1407,550,50130,470190,410l，0,1302,130,60作业1申请130kl，0,130作业2申请60k1,0,130作业3申请100k2,130,603,190,100作业2释放60kl，0,1303,190,100290,310130,60290,310130,60490,1lo130，160490,1100,290490,110140，150490,110200,90490,110290,310130,60290,310130,60490.110490，110130，160490,1100,290490，110140，150550,50140,1501，o，130作业4申请200k3,190,1004,290,200作业3释放100k作业l释放130k作业5申请140kl，0，1304,290,2004,290,2004,290,2005,0,1404,290,2005，o，1406,140,604,290,2005,0,1406,140,607，200,504,290,2005,0,1407,200,50作业6申请60k作业7申请50k250,40490,110140,60250,40490,110140,150作业6释放60k490,60140，1501操作系统常见题解析及模拟题内容请问：采用首次适应环境算法和最佳适应环境算法展开上述内存的分配和废旧后，内存的实际采用情况分别例如图(a)和(b)右图。
沈阳化工大学-期末复习-化工过程分析与综合
2.2 基本公式
（1）自由度计算公式：
n
d (Ci 2) (S 1) e r g i 1
n——输入流股数
e——与物料无关的能量流
Ci——第 i 个输入流股组
和压力引入的自由度
分数
r——独立反应数
S——分支输出流股数
g——几何自由度，通常=0
（2）守恒关系式（P35）
一、物料质量平衡
质量累积速率=质量流入系统速率-质量流出系统速率
分割器
闪蒸器
独立方程数 m=C+2
自由度
d=n—m=3(C+2)-(C+2)= 2(C+2)
m=2C+3
分割成 2 股物流，自由度： d=(C+2)+1 分割成 S 股物流，自由度： d=(C+2)+(S-1)
d=3(C+2)+1-（2C+3） =C+4
换热器
反应器 压力变化 单元
d c1 c2
第七分之二章 信号流图
7/2.1 基本概念 （1）信息流图：可以用结点代表方程，有向线代表在方程之间传送 的变量的信息，这种有向图是一种信息流图 （2）信号流图：可以用有向图中的结点代表向量，而用有向线表明 变量之间的变换关系—这就构成了信号流图 （3）支路：结点间的有向线称为支路. （4）传输比：每条支路均带有称为传输比的某一数值，它代表线性 方程中变量前的系数。 （5）始端点和末端点：一条支路两端（始端和末端）的结点，分别 称为该支路的始端点和末端点。 （6）输入支路和输出支路：指向和离开一个结点的支路，分别称为 该结点的输入支路和输出支路。 （7）自环：始端和末端为同一结点的支路，称为自环支路，或简称 “自环”。 （8）源结点：只有输出支路的结点，称为源结点。 （9）汇结点：只有输入支路的结点，称之为汇结点。 （10）残图：经过简化只剩下源结点和汇结点的图，称为残图。
系统工程第2讲过程系统工程
Aspen Plus 大型通用流程模拟系统: MIT,第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。
？
1.6.2 历史沿革、现状与前景 ● 1958年,Flexible Flowsheeting（Kellogg,合成氨，第一个化工模拟程序） ● 60年代，化工过程模拟的初始发展期。PACER（Purdue university) CHESS→Micro-CHESS (Houstn university)待 （第一代） ● 70年代，化工过程模拟的成长壮大期。模拟软件的开发，研制走向专业化，商业化。从过去的分散在大学和各个炼油、石化公向转向由专门的化工软件公司进行。模拟计算的准确性、可靠性大大加强，应用范围不断拓宽，功能愈益丰富，使用越来越方便，并且涌现了一批著名的、影响广泛的商业化软件。如：Monsanto的Flowtran（第二代） ● 80年代开始，化工模拟的深入发展期。是化工模拟的深入发展期；最主要的特点是从“离线”走向“在线”，从稳态模拟发展到动态模拟和实时优化，从单纯的稳态计算发展到和工业装置紧密相连。国外不少公司已将著名的软件等定为企业标淮。如美国的Aspen PLUS, 加拿大HYSIM,PROCESS → PRO／Ⅱ （第三代） ● 80年代末，AspenTech公司率先推出了动态模拟软件Speed Up。
Байду номын сангаас
1.7 过程系统工程的应用领域
04第12讲 联立方程法与联立模块法
● ● ● ● ● ●
计算步骤(基于Aspen) 全流程计算（三种策略） 序贯模块法及计算过程 带循环流的序贯模块法计算 收敛模块与控制模块的原理与作用 序贯模块法解设计型和优化型问题
4.3 联立方程法与联立模块法简介
4.3.1 联立方程法
联立方程法的基本思想是对系统的模型方程进行求解。在过程设 计和过程优化方面有很大潜力。
联立方程法的主要问题是如何保证收敛的稳定性和众多变量 的初值的合适假定。
至今，文献上报道的联立方程法大多是试验性的，目前这种 方法主要用于方程数不多(例如小于100)的系统。
例:联立方程法流程模拟计算（物料衡算&能量衡算）
新鲜原料气
合 成 塔
分 离 器
液氨
氨合成系统信息流程图
连结方程：将各单元的物流号加以区别，则有： 5‘ 5
混合器
X2
反应器
X3
分离器
X4
如何获得上述线性方程组？
可改写为 AX=b形式
联立模块法步骤（仅对于不可再分块） 1. 赋切割变量初值；
2. 利用严格模块运行序贯模块法一次，获得内部变 量；
3. 对各模块方程和设计规定方程进行一阶展开，获 得只含外部变量的联立线性方程组； 4. 求解联立线性方程组，获得切割变量的计算值， 若收敛则退出，否则返回2继续。
过程系统模拟的三种方法对比
方法 优点 缺点 再循环引起的收敛 迭代时很费机时;进 行设计型计算时费 机时; 难以进行优化计算; 代表性的软件 PROCESS(美) CONCETP(英) ASPEN(美) FLOWTRAN(美) ECSS(中国)
序贯模块法 与工程师的直观经验一致, 便于学习使用 易于通用化,已积累丰富的 单元模块； 需要计算机内存小；出错 易诊断。
自动控制原理(二)_华中科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
自动控制原理（二）_华中科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.死区特性可减小稳态误差。
参考答案:错误2.已知两系统的传递函数分别为W1(s)和W2(s),两子系统串联联结和并联连接时，系统的传递函数阵分别为：（）【图片】【图片】【图片】参考答案:_3.对于线性定常系统，可控性与可达性是等价的。
参考答案:正确4.对于线性离散控制系统，可以直接应用连续系统劳斯判据判断系统稳定性。
（）参考答案:错误5.判断以下二次型函数的符号性质：【图片】参考答案:负定6.只要系统可观，则可用输出反馈（至状态微分）任意配置闭环极点使系统稳定。
参考答案:正确7.描述函数法主要研究自持震荡参考答案:正确8.具有饱和非线性元件的非线性控制系统如下图所示，下列说法正确的是：（）【图片】参考答案:当K=5时，系统稳定_当K=15时，系统自振荡频率为_当K=10时，系统存在稳定振荡点9.已知【图片】的拉氏变换为【图片】, 求【图片】的Z变换。
（）参考答案:_10.某离散控制系统【图片】（单位反馈T=0.1）当输入r(t)=t时.该系统稳态误差为∞。
参考答案:错误11.相轨迹振荡趋于原点，该奇点为。
参考答案:稳定焦点12.采样系统的闭环极点在Z平面上的分布对系统的动态响应起着决定性作用，采样系统的暂态特性主要由闭环脉冲传递函数的极点来确定。
（）参考答案:正确13.非线性系统自持振荡与有关。
参考答案:系统结构和参数14.设闭环离散系统如图所示，其中采样周期为【图片】。
【图片】则下列说法正确的是（）参考答案:作用下的稳态误差为_作用下的稳态误差为15.对于下述系统的能控能观分解后的各子系统(特征值、和互异)，以下说法正确的是：【图片】参考答案:x1。
x2-x3-x4子系统状态完全能控_x5子系统状态完全不能控16.状态反馈既不改变系统的可控性也不改变系统的可观性参考答案:错误17.对非线性系统:【图片】【图片】其在原点处渐进稳定，但不是大范围渐进稳定的。
第五章 景观动态与模拟
科技
科学技术对景观的作用：
• 科学技术进步导致农业景观用地的巨大变化，科学技术和工艺的发展提高了土地生
产力，阻止了由于人口增加带来的农业用地扩张；同时使得更多的农民摆脱了土地
的束缚，可以从事其他经济活动，促进城市化发展。
2.2 人文驱动因子
经济
经济对景观变化的驱动作用：
• 由手采取的方法基本上是统计分析，统计分析的结果通常表现为一段时间的总体规律，
可能忽略了某些重要时间点的某种景观的重大变化。
• 采用统计的量化方法，只能反映出那些易于量化的指标因素对景观变化的影响。而一
些对景观变化起重要作用，但不宜量化的指标因素则难以反映。
• 当前对景观变化驱动机制的识别实质上是关于景观驱动因子识别的假设和验证，几乎
• 物种多样性：对物种多样性的影响包括影响物种分布、优势种和丰富度及种间关系
等。
• 生态系统多样性：对生态系统多样性的影响集中在影响生态系统分布、结构和组成。
存在的问题：景观变化对生物多样性影响的研究还有待进一步研究。
3.5 不合理景观变化带来的生态环境问题
大气质量降低
景观变化可以改变大气中气
重要联系。
草地变化的影响
草地对水分的影响取决于人们对草地的管理。不合理的管理和过度放牧引起植被减少
土壤板结，使得地下水供应减少，这会严重影响靠地下水补给的河流水量。
耕地变化的影响
一般而言耕地增加，需水量增大；耕地减少，需水量降低。
聚居和其他非农业土地利用的影响
随着世界人口、工业化和城市化发展。城市数量不断增多，对水的需求也越来越大。
景观稳定的原因：因为建立了与干扰相适应的机制。
《化工过程分析与合成》教学大纲
化工过程分析与合成课程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：化学工程与工艺、课程代码：41E01016学时分配：32赋予学分：2学分先修课程：高等数学、化工原理、化工设备机械基础、化学反应工程后续课程：化工设计、化工过程开发二、课程性质与任务1课程性质：《化工过程分析与合成》课程是一门具有综合性、应用性、研究性特色的化工类专业主干课程，以科学研究的方法论为主线，培养成人教育学生将实践经验与所学知识相结合分析和解决工程问题的能力。
2课程任务：通过本课程教学，使学生在学习了化工原理、化工热力学、化学反应工程等课程的基础上，学会以系统工程的方法来处理化工过程的分析与合成问题。
三、教学目的与要求本课程以科学研究的方法论为主线，培养学生将实践经验与所学知识相结合、分析和解决工程问题的能力。
通过本课程的学习，使学生掌握将实验室研究成果（新工艺、新产品等）实现工业化的主要方法，掌握化工过程及系统工程的发展概况；氨合成工艺介绍了化工过程系统稳态模拟方法及其分析求解方法；化工过程系统动态模拟的特性、方法及数学处理；化工过程系统的优化和求解方法；化工生产过程操作工况调优的数学模型及调优计算，以及人工神经元网络的基础知识；间歇化工过程的基本概念、模型化方法及设计优化；换热网络的合成及其夹点技术进行了全面的介绍；分离塔序列合成的方法等环节的过程研究。
通过列举大量化工过程开发的实例，让学生了解正确的理论指导、科学的实验方法、以及工艺与工程相结合的工程观念在化工过程开发中的重要作用。
四、教学内容与安排第一章绪论（课堂讲授学时：2）1.1 化工过程1.2 化工过程生产操作控制1.3 化工过程的分析与合成1.4 化工过程模拟系统1.5 化工企业CIPS技术第二章化工过程系统稳态模拟与分析（课堂讲授学时：4）2.1 典型的稳态模拟与分析问题2.2 过程系统模拟的三类问题及三种基本方法2.3 过程系统模拟的序贯模块法2.4 过程系统模拟的面向方程法2.5 过程系统模拟的联立模块法2.6 氨合成工艺流程的模拟与分析第三章化工过程系统动态模拟与分析（课堂讲授学时：4）3.1 化工过程系统的动态模型3.2 连续搅拌罐反应器的动态特性3.3 精馏塔的动态特性第四章化工过程系统的优化（课堂讲授学时：4）4.1 概述4.2 化工过程系统优化问题基本概念4.3 化工过程系统最优化问题的类型4.4 化工过程中的线性规划问题4.5 化工过程中非线性规划问题的解析求解4.6 化工过程中非线性规划问题的数值求解第五章化工生产过程操作工况调优（课堂讲授学时：2）5.1 化工生产过程操作工况调优的作用与意义5.2 化工生产过程操作工况离线调优的方法第六章间歇化工过程（课堂讲授学时：6）6.1 间歇过程与连续过程6.2 过程动态模型及模拟6.3 间歇过程的最优时间表6.4 多产品间歇过程的设备设计与优化第七章换热网络合成（课堂讲授学时：4）7.1 化工生产流程中换热网络的作用和意义7.2 换热网络合成问题7.3 换热网络合成--夹点技术7.4 夹点法设计能量最优的换热网络第八章分离塔序列的综合（课堂讲授学时：6）8.1 精馏塔分离序列综合概况8.2 分离序列综合的基本概念8.3 动态规划法8.4 分离度系数有序探试法8.5 相对费用函数法8.6 分离序列综合过程的评价五、教学设备和设施多媒体教室、黑板、黑板笔六、课程考核与评估期末闭卷考试，考试时间100min。
第三章化工过程系统动态模拟与分析ppt课件
N j
Rj (H j ),
j 1,2,...,N。
(3- 21)
其中，T、Tf分别代表反应区内和加料混合物的温度； U表示反应液体与冷却剂之间热交换的总传热系数；
A表示反应液体与冷却剂之间的总传热面；
Tc表示冷却剂平均温度； 、Cp分别代表反应混合物的平均密度与比热容； （－Hj）表示第j个反应的热效应； Rj表示第j个反应的速率； Ri表示因化学反应引起的第i个组分浓度的变化速率
排液量与时间的变化关系为：
kt
Fo ((kH 0 - Fi )e A Fi )
-0.7
H
-0.5
0 1
0
5
10
15
20
25
Time
图3-2. 搅拌罐中液位高度随时间的变化关系图
例3－2：搅拌槽内含盐量的动态模型
初始情况是槽内盛有V0的水，把浓度为Ci的盐水以恒 定流量Fi加入槽内，与此同时完全混合后的盐水以恒定 流量Fo排放，试求槽内盐水浓度C的变化规律。
其中u、u0 分别代表任一时刻和起始时刻的状态向量， μ代表未知而且待估计的参数向量。
• 模型参数估计就是为了确定参数向量µ的最优值，使限制 下的解最大限度地逼近已采集到的状态变量在不同时刻的
离散数据。
NM
Min F
i
(uid, j uic, j )2 f ( )
j
其中 F称为最优化的目标函数，或评价函数。 udi,j代表第i个状态变量在j时刻的采集数据。 uci,j代表第i个状态变量在j时刻的模型计算值，即在j
• i组分质量守恒
V
dci dt
F (ci, f
ci ) VRi ,
i 1,2,...,M。(3- 20)
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化工过程系统确定性动态模型的数学表达形式
模 型 类 型 集中参数模型 分布参数模型 多级集中参数模型 混合模型 模 型 表 达 形 式 代数—常微分方程组 代数—偏微分方程组 代数－常微分方程组 上述二～三类模型的混合形式 应 用 例
理想搅拌罐反应器动态模型，等 填料塔、管式反应器动态模型等 板式塔动态模型，串连 CSTR 动 态模型，等 多个单元过程组合而成的系统
等的，即Fin ＝Fout=F。
对于这种复杂的过程，是不太可能通过数学方法
精确求解的，一遍性的CSTR问题
通常假定反应罐内处于分子
级理想混合，且为液相均相 反应，因此可以认为反应混 合物的温度和组成在反应区 里是均匀的，
进一步假定反应区的容积不
随时间变化，则加料与排料 的流量也可以认为是近似相
有典型性，所运用的分析方法有普遍意义。
4.2.1 动态数学模型
例1：敞口连续操作搅拌罐的流量
Fi
计算。 进料量为Fi, 原有料液高度为H0， 试求取自开工后排料量的变化关系。 设搅拌罐的横截面积为A，排液 量与罐中料液的高度成正比关系， 即： Fo＝k· H
H
Fo
图1. 敞口搅拌罐示意图
dH Fi kH dt A
浓度 C
FI=5Fo FI=2Fo
Fi t V0
0.6
FI=Fo
0.4 0.2 0.0 0 1 2 3 时间 T 4 5 6
小结
以上例子通过一些理想化的假设，削减了过程的
复杂性，使得该过程可以通过数学方式精确求解
对于一般的连续搅拌罐式反应器，除总物料衡算
和组分物料衡算外，还存在着伴随化学反应的热 效应以及反应罐本身的热衡算。
d(VC) Fi C i - Fo C dt
dC dV V C Fi Ci - Fo C dt dt
表明有两项累积量，第一项是因浓度变化而引起的，
第二项是由体积变化所引起的，这两项皆与求解有重 要关系。
dC Fi (C i - C) dt V
积分，并利用初始条件 t=0时，V＝V0，可以得出：
4.1.5 确定性动态模型的数学处理
正问题—模型方程组的求解
dy f ( y, t ) y G (t ) dt yt 0 y0
逆问题—模型参数的估计
t 0 y y0 dy dt
t1 t2 ......... y1 y2 ......... y G (t ) f ( y, t , )
过程系统的定性分析 定常态多重性、定常态稳定性、参数敏感性、自激振荡，甚至更复杂的
时间序列结构。
4.2
连续搅拌罐反应器的动态模拟
选择理由：
通常采用集中参数模型，典型性； 在模型的数学处理方法方面，与其它类型的化
工过程系统集中参数模型也有相似性；
常常涉及到非线性系统的定性分析问题，也具
集中参数模型 分布参数模型 多级集中参数模型
根据建立模型的不同方法：
统计模型 确定性模型 介于两者之间的半经验模型
集中参数模型：状态变量在系统中呈空间均匀分布 （强
烈搅拌的反应罐） 分布参数模型：状态变量在系统内呈非均匀，但一般是 连续的空间分布 （管式反应器） 多级集中参数模型：一般用于描述多级串连、级内状态 变量均匀分布的过程（板式塔内的传质分离过程）
k ln(Fi - kH) - t c A
将初始化条件：t=0时，H=H0代入式，并化简可得：
t 1 H ((kH0 - Fi )e A Fi ) k k
排液量与时间的变化关系为：
Fo ((kH0 - Fi )e
k t A
Fi )
-0.7
-0.5
H
0 1
0
5
10 Time
（1）生产运行中的动态模拟
开停车指导 事故预案和紧急救灾方案试验
（2）操作培训中的动态模拟
（3）工程设计中的动态模拟
研究过程系统趋向稳态的特性 复杂控制系统方案的论证
4.1.3 动态模拟与稳态模拟的差别
包含时间因素
所有涉及的设备都要有确定的尺寸
4.1.4 动态模型的分类
根据对过程系统中状态变量分布特征的不同描述方式：
是可以化简为：
C Ci - Ci V
Fi Fi Fo 0
Fi Fo t V0
-
Fi Fi Fo
上式是普遍情况下例 3 － 2 的分析解，但其中隐含
有条件Fi＞Fo。 当Fi＝Fo 时，存在V＝V0，此时，问题的分析解为：
C Ci - Ci e
1.0 0.8
V ( Fi Fo ) t V0
Fi 1 dC dt Ci C ( Fi Fo )t V0
Fi ln(Ci - C) lnFi - Fo t V0 B Fi Fo
其中，B为积分常数。
将初期条件：t=0时，C=0代入式，可以解出B，于
15
20
25
搅拌罐中液位高度随时间的变化关系图
例3-2：搅拌槽内含盐量的动态模型
初始情况是槽内盛有V0的水，把浓度为Ci的盐水以 恒定流量Fi加入槽内，与此同时完全混合后的盐水以 恒定流量Fo排放，试求槽内盐水浓度C的变化规律。
作盐水溶液的总物料衡算关系，有：
dV Fi - Fo dt
作盐组分的物料平衡，有：
第 4章
过程系统的动态模拟
4.1 动态模拟的意义与应用
4.1.1 化工过程系统的动态特性
动态特性是化工过程系统最基本的特性之一。 间歇过程：变压吸附、变温吸附、化学反应器周期操作等； 连续过程的开停工； 连续过程中原料性质改变、催化剂活性变化等； 意外事故，认为误操作等； ……
4.1.2 动态模拟的用途
统计模型（经验模型）：由统计、关联输入输出数据而得，表
达方式简单，只需少量计算就能得到结果 弱点:不能或者可以略作小范围的外推 确定性模型（机理模型）：通过对系统或者系统内某个微元， 列出质量、能量和动量守恒关系式，系统（或微元）内外质量、 能量和动量交换速率系数计算式，相关的相平衡关系，化学反 应速率表达式和化学反应平衡常数计算式。 处理的是更一般的情况，模型普遍适用性更强。