被控对象的特性PPT学习教案

会计学1被控对象的特性被控对象的特性控制装置执行器过程检测元件、变送器r(t)比较机构-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)扰动广义对象被控变量测量值控制器设定值过程：过程：需要实现控制的机器、设备或生产过程需要实现控制的机器、设备或生产过程过程特性：过程特性：是指被控过程的输入变量（操纵变量是指被控过程的输入变量（操纵变量或扰动变量）发生变化时，其输出变量（被控变或扰动变量）发生变化时，其输出变量（被控变量）随时间的变化规律。量）随时间的变化规律。简单控制系统方块图简单控制系统方块图第1页/共45页研究过程特性的研究过程特性的必要性必要性： 为了更好地实施控制为了更好地实施控制医生给病人看病，其实也是控制思想的一种运用。看病吃药的过程也就是克服干扰作用的过程，最终的目的是使病人的身体好起来。那么，医生开处方怎么开呢？首先他得了解病人的病情，然后才能对症下药。医生发解病人病因的过程也就是了解对象特性的过程。所以说，了解了对象的特性对于更好地控制好这个对象是有益的。第2页/共45页本章研究内容：本章研究内容： 2.1 对象特性的类型对象特性的类型2.2 对象特性的数学描述对象特性的数学描述2.3 对象特性的一般分析对象特性的一般分析2.4 对象特性的实验测定方法对象特性的实验测定方法第3页/共45页2.1 对象特性的类型对象特性的类型 干扰变量干扰变量被控变量被控变量第4页/共45页( )(1)()11010( )( )( )( )( )( )( )nnmnmytayta y ta y tb xtb x tb x t第5页/共45页第6页/共45页通道：通道：输入变量对输出变量的作用途径输入变量对输出变量的作用途径控制通道：控制通道：操纵变量操纵变量q(t)对被控变量对被控变量c(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f(t)对被控变量对被控变量c(t)的作用途径的作用途径广义对象特性主要通过响应曲线来呈现广义对象特性主要通过响应曲线来呈现控制通道的响应曲线：当被控作用控制通道的响应曲线：当被控作用u(t)做阶跃变化（扰动做阶跃变化（扰动f(t)不变不变）时被控变量的时间特性时被控变量的时间特性c(t)扰动通道的响应曲线：当扰动扰动通道的响应曲线：当扰动f(t)做阶跃变化（控制作用做阶跃变化（控制作用u(t) 不变）时被控变量的时间特性不变）时被控变量的时间特性c(t)第7页/共45页响应曲线有四种：响应曲线有四种： h(t) h(0) t (a) (t) (0) t (b) 有自衡的非振荡过程有自衡的非振荡过程 h(t) h(0) t (a) c(t) c(0) t (b) 无自衡的非振荡过程无自衡的非振荡过程第8页/共45页 c(t) c(0) t c(t) c(0) t 有自衡的振荡过程有自衡的振荡过程具有反向特性的过程具有反向特性的过程第9页/共45页 f(t) 1 F1 F2 2 h 有自衡的非振荡过程如下图中的液位过程有自衡的非振荡过程如下图中的液位过程 h(t) h(0) t (a) 第10页/共45页 f(t) F1 F2 h 无自衡的非振荡过程如下图中的液位过程无自衡的非振荡过程如下图中的液位过程 h(t) h(0) t (a) 第11页/共45页2.2 2.2 对象特性的数学描述对象特性的数学描述iq0q0qiq第12页/共45页iq0q AhdVqqiodtVAhdhAqqiodtohqR idhhAqdtR () i idhThK qTARKRdt、（）0000 iiiihhhhqqqq 记( 、为平衡状态的值）000 0idhhK qdt由于有 iiid hThKqdt （ ）第13页/共45页iq0q Ah iiid hThKqdt （ ）( )( )( )iTsH sH sK Q s( )( )1iH sKQ sTs( )iaQ ss( )( )1(1)iKKaH sQ sTss Ts11( )( )(1)Kah tLH sLs Ts11KaKaTLsTs11*()1TKaLsTs(1)tTKae第14页/共45页idhThK qdt( )( )1iH sKQ sTs( )(1)tTh tKaeh()h(t)T0.632h()qita01(0)(1)0( )(1)( )(1)0.632 ( )TThKaehKaeKah TKaeh 第15页/共45页iq11 Ah11 Rq22 Ah20 Rq111111 ( )idhhAqqqdtR2212 ()2oodhhAqqqdtR22212121122222()id hdhA A R RR AR AhRqdtdt2221212211122222() ( )id hdhT TTThK qTA RTA R KRdtdt221 21212( )( )()1(1)(1)iHsKKQ sTT sTT sT sT s第16页/共45页iq11 Ah11 Rq22 Ah20 Rq221 21212( )( )()1(1)(1)iHsKKQ sTT sTT sT sT s1111( )( )1iH sRQ sAR s111( )( )H sQ sR111( )1( )1iQ sQ sAR s22122( )( )1HsRQ sA R s1211221222112211212122121( )( )(1)(1)111()111ttTTKah tLHsLs TsT sTTLKasTT TsTT T sTTKaeeTTTT第17页/共45页qita2221212221112222()( )id hdhTTTThK qdtdtTA RTA R KR221 21212( )( )()1(1)(1)iHsKKQ sTT sTT sT sT s121222121( )1ttTTTTh tKaeeTTTT不相关双容2( )h t第18页/共45页iq11 Ah11 Rq22 Ah20 Rqiq11 Ah11 Rq22 Ah20 Rqqita 响应曲线比较 2( )/( )h th t单容第19页/共45页iq0q,A hfq/l v)()(tqtqif( )( )( )fdh tTh tK qtdt( )( )()idh tTh tK q tdt( )( )( ) ( ) ( )1sisiTsH sH sKeQ sH sKeQ sTs第20页/共45页( )( )()idh tTh tK q tdt( )( )1siH sKeQ sTs0 t(0.50.6)时，需用特殊控制规律。时，需用特殊控制规律。/0.3T第34页/共45页（2）纯滞后对扰动通道的影响纯滞后对扰动通道的影响 一般地一般地，在不同变量的过程中，液位和压力在不同变量的过程中，液位和压力过程的过程的较小，流量过程的较小，流量过程的和和T都较小，温度过程都较小，温度过程的的c较大，成分过程的较大，成分过程的o和和c都较大。都较大。 对对o无要求无要求。 希望希望c大大。第35页/共45页2.4 对象特性的实验测定方法对象特性的实验测定方法 对象特性参数可以由过程的数学模型通过求对象特性参数可以由过程的数学模型通过求解得到，但是在生产过程中，很多过程的数学模解得到，但是在生产过程中，很多过程的数学模型是很难得到的。型是很难得到的。 工程上一般用实验方法来测定过程特性参数工程上一般用实验方法来测定过程特性参数。最简便的方法就是直接在原设备或机器中施加最简便的方法就是直接在原设备或机器中施加一定的扰动，通过该过程的输出变量进行测量和一定的扰动，通过该过程的输出变量进行测量和记录，然后通过分析整理得到过程特性参数记录，然后通过分析整理得到过程特性参数。 第36页/共45页阶跃扰动法（反应曲线法）阶跃扰动法（反应曲线法） 当过程处于稳定状态时，在对象的输入端当过程处于稳定状态时，在对象的输入端施加一个幅度已知的阶跃扰动，测量和记录过施加一个幅度已知的阶跃扰动，测量和记录过程输出变量的数值，画出输出变量随时间变化程输出变量的数值，画出输出变量随时间变化的反应曲线，根据响应曲线求得过程特性参数的反应曲线，根据响应曲线求得过程特性参数。第37页/共45页 q q(t) O t A T O c(t) t B 放大系数放大系数 K=B/A 时间常数时间常数 T纯滞后纯滞后 一阶系统一阶系统第38页/共45页 T c(t) c(0) t 纯滞后 1 2 3 q q(t) O t A 放大系数放大系数K: K=c(t)-c(0)/A 时间常数时间常数T: T=2、3之间的距离之间的距离纯滞后纯滞后 : =1、2之间的距离之间的距离二阶系统二阶系统第39页/共45页阶跃扰动法直观、简便易行、所阶跃扰动法直观、简便易行、所以得到了广泛的应用。但是许多以得到了广泛的应用。但是许多过程较复杂、扰动因素较多，会过程较复杂、扰动因素较多，会影响测试精度；另外，由于工艺影响测试精度；另外，由于工艺条件的限制，阶跃扰动幅度不能条件的限制，阶跃扰动幅度不能太大，所以在实施扰动法时应该太大，所以在实施扰动法时应该在系统相对稳定的情况下进行。在系统相对稳定的情况下进行。第40页/共45页矩形脉冲扰动法矩形脉冲扰动法周期扰动法周期扰动法统计相关法统计相关法第41页/共45页ufyK其它参数不变 uyKofyKf第42页/共45页第43页/共45页第44页/共45页