控制對象的動態(tài)特性及其傳遞函數(shù)的求取兩點法課件

1、第二章 控制對象的動態(tài)特性 及其傳遞函數(shù)的求取 一、被控對象的動態(tài)特性 二、對象動態(tài)特性的求?。ㄖ攸c） 被控對象動態(tài)特性的概念被控對象的動態(tài)特性： 是指其輸入信號變化時，輸出隨時間變化的規(guī)律被調(diào)量干擾作用熱工對象W0（s）W0（s）干擾通道控制通道輸入控制作用控制通道干擾通道被控對象的分類有自平衡能力的被控對象無自平衡能力的被控對象多容對象單容對象單容被控對象的動態(tài)特性 單容被控對象： 是指只有一個貯存物質(zhì)或能量的容積。這種對象用一階微分方程式來描述。單容被控對象可分為有自平衡單容對象和無自平衡單容對象兩大類 。1.有自平衡的單容對象 12Fh說明：被控對象受到擾動后平衡被破壞，不需外來的調(diào)節(jié)

2、作用，而依靠被調(diào)量自身變化使對象重新恢復(fù)平衡的特性，稱為對象的自平衡特性。被控對象具有慣性，慣性也是很重要的一種動態(tài)特性。 特征參數(shù) 1放大系數(shù)K h()K0 Kh()/0 物理意義：K在數(shù)值上等于對象的輸出穩(wěn)態(tài)值 與輸入穩(wěn)態(tài)值之比， 有時也稱靜態(tài)放大系數(shù)。 特征參數(shù)2時間常數(shù)T 當對象受到階躍輸入后，輸出(被調(diào)量)達到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需的時間，就是時間常數(shù)T T越小，表示對象慣性越小，輸出對輸入的反應(yīng)越快。 特征參數(shù)對 h(t)=K0（1et/T）微分 時間常數(shù)T的物理意義 ：當對象受到階躍輸入后，被調(diào)量如果保持初始速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間就是時間常數(shù) 響應(yīng)曲線在起始點切線

3、的斜率 特征參數(shù)3自平衡率 定義為:一般用穩(wěn)態(tài)時的自平衡率來近似代替即:物理意義:被控參數(shù)每變化1個單位所能克服的擾動量 4飛升速度 特征參數(shù) 響應(yīng)速度(飛升速度)是指在單位階躍擾動作用下，被調(diào)量的最大變化速度，即: 2.無自平衡的單容對象 Fh流出量Q2由水泵強制打出。Q2的大小決定于水泵的容量和轉(zhuǎn)速，而與水槽水位的高低無關(guān) 流出側(cè)阻力可認為是無限大，也就是說它的流出側(cè)沒有自平衡 特征參數(shù) 當對象受到階躍擾動輸入后，輸出達到和輸入相同數(shù)值0時所需的時間，就是飛升時間Ta。 積分時間越大，被調(diào)量(輸出)的變化越慢，輸出對輸入的反應(yīng)越慢 特征參數(shù)(2)飛升速度 傳遞函數(shù)可以寫作： 積分環(huán)節(jié)特征參

4、數(shù)（3）自平衡率 在無自平衡能力單容對象中其流出側(cè)阻力Rs 其自平衡率為： 多容被控對象的動態(tài)特性 多容對象指有兩個或更多貯存能量或物質(zhì)的容積，有幾個容積就需用幾階微分方程式描述 。 可分為有自平衡多容對象和無自平衡多容對象兩大類。1.有自平衡的多容對象 主水槽 前置水槽 控制閥 中間閥 流出閥 自平衡雙容對象階躍響應(yīng)控制閥開度 各閥門流量前置水槽水位 主水槽水位 控制閥 中間閥 流出閥 特征參數(shù) 多容有自平衡能力的對象的動態(tài)特性可用兩組三個參數(shù)描述即 ：容積遲延時間C 、時間常數(shù)TC及放大系數(shù)K 平衡率、飛升速度和遲延時間(包括純遲延0和容積遲延C) 特征參數(shù)時間常數(shù)TC 容量遲延時間C 時

5、間常數(shù)TC和容量遲延時間C的求?。?多容有自平衡對象可用下列傳遞函數(shù)表示： 2.無自平衡能力多容對象 自平衡單容對象無平衡單容對象無自平衡能力多容對象KQ0_Q1h1h2自平衡單容對象無平衡單容對象階躍響應(yīng) 特征參數(shù) Ta、 和 、可用下列傳遞函數(shù)表示: 多容無自平衡能力的對象的動態(tài)特性可用兩組參數(shù)描述： 具有純遲延的對象 容積遲延:在多容對象中，由于容積增 多而產(chǎn)生容積滯后。純遲延：由于信號的傳遞產(chǎn)生的滯后 叫傳遞滯后。 對象即有純遲延又有容積遲延，那么我們通常把這兩種遲延加在一起，統(tǒng)稱為遲延，用來表示即C0 純遲延KQ0e-sQ1Q0_Q2hQ1具有純遲延的對象 階躍響應(yīng)曲線階躍響應(yīng) 傳遞

6、函數(shù) 特征參數(shù) 可用三個參數(shù)描述即K、T、0 W1(s)無純遲延時傳遞函數(shù) 總結(jié)有自平衡能力對象單容對象： 雙容對象： 多容對象： 若近似認為，T1 = T2 = = T =T ，則或無自平衡能力對象單容對象： 雙容對象： 多容對象： 若近似認為，T1 = T2 = = T =T ，則或總結(jié)對象具有純遲延 無純遲延時其傳遞函數(shù)為W1(s) 總結(jié)熱工對象的動態(tài)特性一般具有以下特點： (1)對象的動態(tài)特性是不振蕩的。(2)對象的動態(tài)特性在干擾發(fā)生的開始階段有遲延和慣性。(3)在階躍響應(yīng)曲線的最后階段，被調(diào)量可能達到新的平衡(有自平衡能力)；也可能不斷變化而不再平衡下來(無自平衡能力)，但其變化速度

7、趨于穩(wěn)定。(4)描述對象動態(tài)特性的特征參數(shù)有放大系數(shù)K、時間常數(shù)T(無自平衡能力用積分時間Ta)、遲延時間(包括純遲延和容積遲延)或另一組參數(shù)飛升速度、自平衡率和遲延時間。 基本方法： 理論建模法 測試建模法（實驗法） 經(jīng)典辨識法 現(xiàn)代辨識法 脈沖響應(yīng)法 階躍響應(yīng)法 對象動態(tài)特性的求取(重點) 對象動態(tài)特性的求取(重點) 實際上主要借助于實驗方法來進行確定，并對現(xiàn)場設(shè)定的實驗數(shù)據(jù)進行適當?shù)臄?shù)學(xué)加工和處理，最后得到控制對象動態(tài)特性的近似數(shù)學(xué)表達式，即傳遞函數(shù)。 一、階躍響應(yīng)曲線的測試 對象記錄儀表輸入變送器輸出變送器tX(t)0其它參數(shù)ty(t)0八項注意1、試驗前應(yīng)將對象調(diào)整到適當?shù)某跏紶顟B(tài)；

8、2、試驗加擾動前要保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；3、保證擾動信號大小適當（一般約為額定負荷10% 20%）；4、階躍信號加入時間的確定（一般為t/2）；5、仔細記錄響應(yīng)曲線的起始和漸近穩(wěn)定階段；6、應(yīng)具有復(fù)現(xiàn)性；7、注意對象的非線性（上行、下行兩方向特性）；8、盡可能多記錄一些參數(shù)信息，供分析時參考。二、控制對象的近似傳遞函數(shù) （一）有自平衡能力的對象 1.無遲延一階對象 切線法 2.有遲延一階對象 切線法和兩點法 3二階對象 4. 高階對象 (1)切線法 增益K的確定參數(shù)的求取 時間常數(shù)T的確定方法一：過拐點做切線，相交線段在時間軸上的投影方法二：響應(yīng)曲線上找y(t1)0.632y()的時間t1，

9、則時間常數(shù)Tt1-t0 (2)兩點法 有自平衡能力有遲延一階對象：第一步：確定增益K (2)兩點法第二步：標么化 把y(t)轉(zhuǎn)換成它的無量綱形式y(tǒng)*(t)，即： y*(t)y(t)/y() (2)兩點法 選定兩個時刻t1和t2 ，其中t2 t1，從測試結(jié)果中讀出y*( t1)和y*( t2 )并寫出聯(lián)立方程： 解出參數(shù)Tc及值如下： 為了計算方便，一般取y*( t1)=0.39、y*( t2 )0.63，則可得計算參數(shù)TC和的公式： 2t1 -t2TC=2(t2 - t1) 亦取y*( t1)=0.39、y*( t2 )0.55，用t30.8TC+ 和t42TC + 兩點的y*( t)值進行檢驗，則準確的TC和應(yīng)有y*( t3)=0.63、y*( t4 )0.87二、無自平衡能力對象 無自平衡能力對象選定的傳遞函數(shù)形式為： 或階躍響應(yīng)曲線： 二、無自平衡能力對象1.當對象的