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机理法建模的基本原理是通过分析生产过程的内部机理，找出变量之间的关系，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、化学反应定律、电路基本定律及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程、物性参数方程和某些设备的特性方程等，从而导出对象的数学模型。
由此可见，用机理法建模的首要条件是需要建模生产过程的机理必须已经为人们充分掌握，并且可以比较确切地进行数学描述。其次，很显然，除非是非常简单的被控对象，否则很难得到以紧凑的数学形式表达的模型。正因为如此，在计算机尚未得到普及应用前，几乎无法用机理法建立实际工业过程的数学模型。近年来，随着电子计算机的普及，对工业过程数学模型的研究也有了迅速的发展。可以说，只要机理清楚，就可以利用计算机求解几乎任何复杂系统的数学模型。根据对模型的要求，合理的近似总是必不可少的。模型应该尽量简单，同时保证达到合理的精度，有时还需要考虑实时性的问题。在用机理法建模时，有时也会出现模型中某些参数难以确定的情况，这时可以用过程辨识方法把这些参数估计出来。
机理法建模需要一定的条件，但多数工业过程机理复杂，难以通过理论分析建立模型。而试验法建模却不需要了解对象的工作机理，只需依据输入输出实验数据，通过过程辨识和参数估计的方法就可以建立被控对象数学模型。为了获得被控对象的动态特性和输入输出数据，必须使被研究的过程处于被激励的状态，如图2-6所示。根据获取的输入输出数据不同，可以通过以下试验法建立被控过程数学模型。
图2-6 试验法建模
（1）响应曲线法：输入阶跃或方波信号，测被控量随时间变化的阶跃响应曲线，求取过程输入输出之间的数学关系。
（2）频域法：输入正弦波或近似正弦波，测对象输出与输入幅值比和相位差。
（3）相关统计法：输入随机噪音信号，测对象输出参数的变化。
（4）最小二乘估计法：获得被控过程的输入输出数据，利用最小二乘估计法求取模型参数。
（1）对被控过程机理已经理非常熟悉的部分，采用机理法推导出相应数学模型尚不十分熟悉或不很肯定的部分，则采用试验法得出其数学描述。
（2）先通过机理分析，确定模型的结构形式，再通过实验数据确定模型中各个参数的具体数值。