热工控制系统2教案详解.ppt

第二章 控制对象的动态特性 第一节 概 述 建立被控对象数学模型的方法：实验建模方法和机理建模方法 第二节 单容被控对象的动态特性 单容被控对象： 是指只有一个贮存物质或能量的容积。这种对象用一阶微分方程式来描述。 单容被控对象包括： 有自平衡单容对象和无自平衡单容对象 一、有自平衡的单容对象 （一）阶跃响应 有自平衡单容对象的阶跃响应曲线  由响应曲线可以看出： 1.Q1与Q2不等引起h的变化。 2.被控对象具有自平衡特性，即受到干扰后仅依靠自身变化使对象重新恢复平衡的特性。 3.被控对象具有惯性，即h不能立即反应Δμ0 。 4. h的变化速度逐渐减小，最后趋于零。 （二）传递函数 起始值为零 即：Q10＝0，Q20＝0，h0＝0，μ0＝0 那么Q1，Q2及h都代表它们偏离初始平衡状态的变化值 即：h＝Δh，Q1＝ΔQ1，Q2＝ΔQ2 物质平衡方程：(Q1－Q2)dt＝Fdh  控制阀开度μ与流入量Q1之间的关系： Q1＝Kμμ 当流出侧阀门2的液阻方程： 综合得： 单容水槽的传递函数为： 阶跃输入μ(t)＝Δμ0 时： h(t)=K·Δμ0（1－e－t/T） （三）特征参数 1．放大系数K ∵ h(∞)＝KΔμ0 （三）特征参数 2．时间常数T （三）特征参数 （三）特征参数 单容对象的阶跃响应曲线 （三）特征参数 3．自平衡率 （三）特征参数 （三）特征参数 （三）特征参数 4．飞升速度 （三）特征参数 对于本例: t＝０时被调量的变化速度最大，即： （三）特征参数 （四）对象结构参数对其动态特性的影响 特征参数： 时间常数T和放大系数K 或飞升速度ε和自平衡率ρ 结构参数： 容量系数C和阻力R （四）对象结构参数对其动态特性的影响 1．容量系数C对其动态特性的影响 （四）对象结构参数对其动态特性的影响 ∵ 单容水槽对象贮水量的变化量为 dG＝Fdh （四）对象结构参数对其动态特性的影响 2．对象的阻力对其动态特性的影响 （四）对象结构参数对其动态特性的影响 二、无自平衡的单容对象 1．阶跃响应 1．阶跃响应 2．传递函数 2．传递函数 3．特征参数 3．特征参数 (2)飞升速度ε 3．特征参数 （3）自平衡率ρ 4．对象的结构参数对其动态特性的影响 第三节 多容被控对象的动态特性 多容对象指有二个或更多贮存能量或物质的容积，有几个容积就需用几阶微分方程式描述 。 可分为有自平衡多容对象和无自平衡多容对象两大类。 一、有自平衡的多容对象 1.自平衡双容对象阶跃响应 2．传递函数 2．传递函数 2．传递函数 3．特征参数 多容有自平衡能力的对象的动态特性可用两组三个参数描述即 ： 3．特征参数 3．特征参数 多容有自平衡对象可用下列传递函数表示： 二、无自平衡能力多容对象 1.阶跃响应 二、无自平衡能力多容对象 2．传递函数 3．特征参数 三、具有纯迟延的对象 1.阶跃响应 2.传递函数 四、总结 热工对象的动态特性一般具有以下特点： 第四节 对象动态特性的求取 实际上主要借助于实验方法来进行确定，并对现场设定的实验数据进行适当的数学加工和处理，最后得到控制对象动态特性的近似数学表达式，即传递函数。 一、阶跃响应曲线的测试 ①设置初始条件（上升试验调到下限值，反之亦然）； ②在加扰动前，要保证系统处于稳定的运行工况。 ③由稳定工况起，突然快速加上一次扰动(通常是改变调节阀的位移)，扰动量一般约为额定负荷的10%～20%。 ④扰动是非瞬时的，可认为阶跃信号在t1 /2时加入的。 ⑤相同工况下重复试验，至少取得2条基本相同的曲线。 ⑥在不同的负荷下测试(通常是在最小，最大及平均的负荷下) ，以便在整定控制系统时，考虑最不利的一种情况。试验还应该在两个相反的扰动下进行。 若被调量超出范围，改为脉冲特性试验。 二、控制对象的近似传递函数 （一）有自平衡能力的对象 1.无迟延一阶对象 切线法 2.有迟延一阶对象 切线法和两点法 3.二阶对象 4.高阶对象 1.切线法求 步骤 (1)作稳态值的渐近线y(∞)，则  (2)在c点作响应曲线的切线交y(∞)线于m点，则cm在时间轴上的投影为时