《被控对象特性》PPT课件.ppt
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1、2.1.12.1.1被控对象特性定义被控对象特性定义被控对象特性被控对象特性是指被控过程的是指被控过程的输入变量输入变量(操纵变量或干扰变量)发生变化时,其(操纵变量或干扰变量)发生变化时,其输出变量输出变量(被控变量)随时间的变化规律。(被控变量)随时间的变化规律。2.1 2.1 被控对象特性被控对象特性所谓所谓通道通道是输入变量对输出变量的作用途径,被控变量受到操纵变量和干扰变量是输入变量对输出变量的作用途径,被控变量受到操纵变量和干扰变量的共同作用影响。因此其特性分为被控变量随操纵变量的变化规律和随干扰变量的共同作用影响。因此其特性分为被控变量随操纵变量的变化规律和随干扰变量的变化规律。
2、的变化规律。qyd控制通道干扰通道+干扰变量操纵变量被控变量被控对象图中:图中:控制通道控制通道:操纵变量:操纵变量q(t)q(t)对被控变量对被控变量y(t)y(t)的作用途径;的作用途径;扰动通道扰动通道:扰动变量:扰动变量d(t)d(t)对被控变量对被控变量y(t)y(t)的作用途径。的作用途径。控制通道响应曲线控制通道响应曲线:当被控作用当被控作用q(t)q(t)做阶跃变化做阶跃变化(扰动扰动d(t)d(t)不变不变)时被控变量的时间时被控变量的时间特性特性y(t)y(t)。扰动通道响应曲线扰动通道响应曲线:当扰动当扰动d(t)d(t)做阶跃变化做阶跃变化(控制作用控制作用q(t)q(
3、t)不变不变)时被控变量的时时被控变量的时间特性间特性y(t)y(t)。控制通道定义控制通道定义常见的被控对象响应曲线的类型如图常见的被控对象响应曲线的类型如图 有自衡的非振荡过程有自衡的非振荡过程 无自衡的非振荡过程无自衡的非振荡过程有自衡的振荡过程有自衡的振荡过程2.1.22.1.2被控对象特性的数学模型被控对象特性的数学模型数学模型数学模型:表示具体过程的输入、输出关系的数学方程式。:表示具体过程的输入、输出关系的数学方程式。其形式有其形式有:微分方程式、偏微分方程式、状态方程等。:微分方程式、偏微分方程式、状态方程等。准确用数学公式描述一个对象的输入输出的关系非常难准确用数学公式描述一
4、个对象的输入输出的关系非常难 但对于简单的被控对象人们一般往往用但对于简单的被控对象人们一般往往用一阶或二阶微分方程一阶或二阶微分方程来描述来描述 )()(tqKtydttdyTcc)()(tqKtydttdyTcc)()(tfKtydttdyTff)()(tfKtydttdyTfffcfcKKTT,)(),(),(tytftq一阶被控过程控制通道的动态方程为:一阶被控过程控制通道的动态方程为:一阶被控干扰控制通道的动态方程为:一阶被控干扰控制通道的动态方程为:分别为控制通道、扰动通道的时间常数和放大系数;分别为控制通道、扰动通道的时间常数和放大系数;分别为操纵变量,扰动变量,被控变量。分别为
5、操纵变量,扰动变量,被控变量。有纯滞后有纯滞后有纯滞后有纯滞后一阶微分方程一阶微分方程二阶被控过程控制通道的动态方程为:二阶被控过程控制通道的动态方程为:)()()()(212221tqKtydttdyTTdttydTTccccc有纯滞后有纯滞后)()()()(212221tqKtydttdyTTdttydTTccccc二阶被控干扰控制通道的动态方程为:二阶被控干扰控制通道的动态方程为:)()()()(212221tfKtydttdyTTdttydTTfffff)()()()(212221tfKtydttdyTTdttydTTfffff有纯滞后有纯滞后fcffccKKTTTT,2121控制通道
6、、扰动通道的时间常数和放大系数控制通道、扰动通道的时间常数和放大系数 )(),(),(tytftq为操纵变量扰动变量被控变量为操纵变量扰动变量被控变量 二阶微分方程二阶微分方程2.1.3 2.1.3 被控对象的特性被控对象的特性(一一)对象的容积对象的容积 对象的容积是指对象能够存放物质或能量的能力。对象的容积是指对象能够存放物质或能量的能力。例如,用一只打气筒分别给自行车胎和汽车胎充气,各打十次后发现,例如,用一只打气筒分别给自行车胎和汽车胎充气,各打十次后发现,自行车轮胎已经充足气,而汽车轮胎却无鼓胀的表现,说明两者相比,自行车轮胎已经充足气,而汽车轮胎却无鼓胀的表现,说明两者相比,汽车轮
7、胎的容积大。汽车轮胎的容积大。对象的容积越大,对扰动的反应越慢,被控变量的变化也越迟缓,这对象的容积越大,对扰动的反应越慢,被控变量的变化也越迟缓,这时相应的控制系统比较容易控制,即对所用的控制器要求可以较简单。时相应的控制系统比较容易控制,即对所用的控制器要求可以较简单。(二二)对象的阻力对象的阻力 凡是运动着的物体都要受到阻力的作用,电荷在导体中运动要受凡是运动着的物体都要受到阻力的作用,电荷在导体中运动要受到电阻的阻力,导弹飞行要受到空气的阻力,流体在管道中流动到电阻的阻力,导弹飞行要受到空气的阻力,流体在管道中流动要遇到管壁的阻力,汽车行驶要受到地面的摩擦阻力。所以,被要遇到管壁的阻力
8、,汽车行驶要受到地面的摩擦阻力。所以,被控对象也总是存在或大或小的阻力,这是其结构性质所决定的。控对象也总是存在或大或小的阻力,这是其结构性质所决定的。(三三)对象的自衡对象的自衡自衡与无自衡对象举例(四四)放大系数和时间常数放大系数和时间常数SSthc2121Q-QQ-Qdd任何时候水箱水位的变化速度为任何时候水箱水位的变化速度为 2Q1Q 体积流量体积流量令令Q1=q1Q1=q1,Q2=q2Q2=q2Sthc21q-qdd若控制阀若控制阀1 1的开度开大的开度开大l0,l0,则流入量则流入量Q1Q1的变化量的变化量Q1Q1与与l0l0成正比成正比,则则 Q1=q1=Kl.l0 Q1=q1=
9、Kl.l0 KlKl阀门的比例系数阀门的比例系数 流出量的变化量流出量的变化量Q2Q2与水位的变化量与水位的变化量HH成正比,与流出阀门成正比,与流出阀门2 2的阻力的阻力R2R2成反比成反比,即即22RHQ22Rhcq 即即 假定水位变化不大,则假定水位变化不大,则R2R2可近似认为是一个常数可近似认为是一个常数 SlSthclc2021Rh-Kq-qdd20Rh-KddclclthS022RKhddRlthlcc202RKKSRTl令令 TT对象的时间常数对象的时间常数 K0 K0对象的控制通道放大系数对象的控制通道放大系数 00KhddlthTcc可写成下列形式可写成下列形式 这是水箱在
10、阶跃扰动下的微分方程,特解(这是水箱在阶跃扰动下的微分方程,特解(t=0t=0)是)是)1(Kh00cTtel水位水位hchc随时间随时间t t变化的曲线变化的曲线 Tte00tcKhl|水箱受到阶跃扰动后,要达到新的平衡点,从理论上讲需要无限长的时间,水箱受到阶跃扰动后,要达到新的平衡点,从理论上讲需要无限长的时间,若把若把t=t=代入,则代入,则=0=0,所以,所以00cKhl如果把对象看成一个环节,它的输入信号是控制阀门如果把对象看成一个环节,它的输入信号是控制阀门1 1的开度的开度llc c,而液位而液位h hc c的变化的变化hhc c看作对象的输出,则在稳定状态时,一定输入就对应着
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