2控制对象的动态特性及其传递函数的求取(两点法、课件.ppt

1、一、被控对象的动态特性 二、对象动态特性的求取（重点） 被控对象动态特性的概念被控对象的被控对象的动态特性动态特性： 是指其是指其输入输入信号变化时，信号变化时，输出输出随随时间时间变化的规律变化的规律被调量干扰作用干扰作用 热工对象W0（s）W0（s）干扰干扰通道通道控制控制通道通道输入输入控制作用控制作用 控制通道控制通道干扰通道干扰通道被控对象的分类有自平衡能力的被控对象无自平衡能力的被控对象多容对象单容对象11Q2Q ksR2Fh物理意义：物理意义：K K在数值上等于对象的输出稳态值在数值上等于对象的输出稳态值 与输入稳态值之比，与输入稳态值之比， 静态放大系数静态放大系数。 TteT

2、Kdtdh 0 ThTKdtdht）（ 00 00 tdtdhKT h(t)=K0（1et/T）微分微分响应曲线在起始点切线的斜率 dhd 定义为:一般用稳态时的自平衡率来近似代替即:)(0 h 物理意义物理意义: :被控参数每变化被控参数每变化1个单位所能克服的扰动量个单位所能克服的扰动量 响应速度响应速度( (飞升速度飞升速度) )是指在单位阶跃扰动作用是指在单位阶跃扰动作用下，被调量的最大变化速度，即下，被调量的最大变化速度，即: 0max dtdh1Q2Q kFh流出量Q2由水泵强制打出。Q2的大小决定于水泵的容量和转速，而与水槽水位的高低无关 流出侧阻力可认为是无限大，也就是说它的流

3、出侧没有自平衡 KFTa飞升时间：)1 (00)( aTtaatTTh 积分时间越大，被调量(输出)的变化越慢，输出对输入的反应越慢 atdtdhTFK100 0 0 0ttt0t0hhaT0 STSssHa1)()( 传递函数可以写作： 积分环节积分环节在无自平衡能力单容对象中其流出侧阻力在无自平衡能力单容对象中其流出侧阻力RsRs 其自平衡率为：其自平衡率为： 01 sRsR 0Q1R2Q2R1h2h1F2F主水槽 前置水槽 控制阀 中间阀 流出阀 1Q0 0 0tttQ2Q1Q0t10h0Qt1h0tt2h0tcTc bpa20h10Q20Q00Q控制阀开度 各阀门流量前置水槽水位 主水

4、槽水位 控制阀 中间阀 流出阀 容积迟延时间C 、时间常数TC及放大系数K 平衡率、飞升速度和迟延时间(包括纯迟延0和容积迟延C) 0 0 0ttt2h0t20hcTc bpa时间常数TC 容量迟延时间C 时间常数TC和容量迟延时间C的求取： ptCdtdhhT 22)(sccesTKsW 1)(nTsKsW)1()( 0Q1Q2Q1h2h1F2F 泵泵自平衡单容对象无平衡单容对象KQ0_Q1h1h2SF11SF2111R自平衡单容对象无平衡单容对象0 0 0tttQ2Q1Q0t20h0Qt2h0t10Q20Q00Q000Ta、 和 、可用下列传递函数表示: 多容无自平衡能力的对象的动态特性可

5、用两组参数描述：sanaesTsWTssTsW 1)()1(1)(或或容积迟延:在多容对象中，由于容积增 多而产生容积滞后。纯迟延：由于信号的传递产生的滞后 叫传递滞后。 对象即有纯迟延又有容积迟延，那么我们通常把这两种迟延加在一起，统称为迟延，用来表示即C0 0Q2Qh 1Q纯迟延KQ0e e-s-sQ1Q0_Q2hSF1sR1Q10 0 0tttQ1Q0t0h0Qth0t0 10Q00Q阶跃响应曲线seTsKssH01)()( 可用三个参数描述即K、T、0 W1(s)无纯迟延时传递函数 sesWsW0)()(1 有自平衡能力对象单容对象： 双容对象： 多容对象： 若近似认为，T1 = T2

6、 = = T =T ，则或1)( TsKsW)1)(1()(21 sTsTKsW)1()1)(1()(21 sTsTsTKsWnnTsKsW)1()( scesTKsW 1)(无自平衡能力对象单容对象： 双容对象： 多容对象： 若近似认为，T1 = T2 = = T =T ，则或sTsWa1)( )1(1)( TssTsWa)1()1)(1(1)(21 sTsTsTsTsWnanaTssTsW)1(1)( saesTsW1)(对象具有纯迟延 sesWsW0)()(1 无纯迟延时其传递函数为W1(s) (1)对象的动态特性是不振荡的。(2)对象的动态特性在干扰发生的开始阶段有迟延和惯性。(3)在

7、阶跃响应曲线的最后阶段，被调量可能达到新的平衡(有自平衡能力)；也可能不断变化而不再平衡下来(无自平衡能力)，但其变化速度趋于稳定。(4)描述对象动态特性的特征参数有放大系数K、时间常数T(无自平衡能力用积分时间Ta)、迟延时间(包括纯迟延和容积迟延)或另一组参数飞升速度、自平衡率和迟延时间。 对象对象记录记录仪表仪表输入变送器输入变送器输出变送器输出变送器tX(t)0其它其它参数参数ty(t)01、试验前应将对象调整到适当的初始状态；、试验前应将对象调整到适当的初始状态；2、试验加扰动前要保证系统处于稳定状态；、试验加扰动前要保证系统处于稳定状态；3、保证扰动信号大小适当（、保证扰动信号大小

8、适当（一般约为额定负荷一般约为额定负荷10% 20%）；）；4、阶跃信号加入时间的确定（、阶跃信号加入时间的确定（一般为一般为t/2）；）；5、仔细记录响应曲线的起始和渐近稳定阶段；仔细记录响应曲线的起始和渐近稳定阶段；6、应具有复现性；、应具有复现性；7、注意对象的非线性、注意对象的非线性（上行、下行两方向特性）（上行、下行两方向特性）；8、尽可能多记录一些参数信息，供分析时参考。、尽可能多记录一些参数信息，供分析时参考。0)()( yyK 增益K的确定参数的求取 时间常数T的确定方法一：过拐点做切线，相交线段在时间轴上的投影方法二：响应曲线上找y(t1)0.632y()的时间t1， 则时间

9、常数Tt1-t0 scesTKsW 1)(有自平衡能力有迟延一阶对象：0)()( yyK第一步：确定增益K 第二步：标么化 把y(t)转换成它的无量纲形式y*(t)，即： y*(t)y(t)/y() tettycTt10)(* 选定两个时刻t1和t2 ，其中t2 t1，从测试结果中读出y*( t1)和y*( t2 )并写出联立方程： ccTtTtetyety 211)(1)(2*1*解出参数Tc及值如下： )(1ln)(1ln)(1ln)(1ln)(1ln)(1ln2*1*2*11*22*1*12tytytyttyttytyttTc 为了计算方便，一般取y*( t1)=0.39、y*( t2

10、)0.63，则可得计算参数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 + 两点的y*( t)值进行检验，则准确的TC和应有y*( t3)=0.63、y*( t4 )0.87 无自平衡能力对象选定的传递函数形式为： saesTsW 1)(naTssTsW)1(1)( 或阶跃响应曲线： 0 0t t)( tyh)(tyt01.当对象的阶数n6时一般用一阶积分的多容对象环 节描述 传递函数为：naTssTsW)1(1)( 000)( htTTdttdytgaaat（1）（2）n 123456y(ta )/oh 03680271 0224 0195 0175 0161 nTta /n （3）2.当对象的阶数n6时一般用有迟延的一阶积分环节描述 传递函数为： saesTsW 1)(（1） ta（2）aatohT01