控制对象动态特性

控制对象动态特性第1页，共19页，2023年，2月20日，星期一任何控制对象都具有储存物质或能量的能力。只有一个储蓄容积的对象称为单容控制对象。依此类推，具有两个以上储蓄容积的控制对象则称为多容控制对象。这里只讨论单容控制对象。为方便起见，以单容水柜为例展开讨论，所得结论同样使用于其他物理类型的控制对象。如热容、气容和电容等。单容控制对象STFig.3-1◎第2页，共19页，2023年，2月20日，星期一Fig.3-1单容控制对象（水柜）示意图STQ22Q11hF第3页，共19页，2023年，2月20日，星期一1容量系数与阻力系数2自平衡率3纯延迟4单容控制对象的数学模型单容控制对象ST研究内容：对象传递函数第4页，共19页，2023年，2月20日，星期一1容量系数与阻力系数STQ22Q11hFQ22hFQ11现象1：不同大小的水柜容纳水的能力不同。第5页，共19页，2023年，2月20日，星期一1容量系数与阻力系数ST容量系数（C）：被控量变化一个单位时对象所容纳的物质或能量的变化量。热容：电容：气容：液容：因此单容水柜的容积系数就是其截面积A。第6页，共19页，2023年，2月20日，星期一1容量系数与阻力系数ST现象2：加大给水量Q1，导致液位h上升。原因：存在阻力。Q2+ΔQ2Q1+ΔQ1hFΔh同时，液位h上升又将克服阻力，使Q2增大，直至Q2=Q1

。为使流量增大ΔQ

，阻力越大，所需增加的Δh也越大。第7页，共19页，2023年，2月20日，星期一1容量系数与阻力系数ST热阻：电阻：气阻：液阻：阻力系数（R）：推动物质或能量运动的动力与因此而产生的物质或能量的流量之比。对应不同的高度，阻力系数不同。此即阻力系数的非线性。END第8页，共19页，2023年，2月20日，星期一2自平衡率ST自平衡率：自平衡率（）：控制对象依靠被控量的变化而使自身恢复到平衡态的能力。若将出口阀关死，则自平衡特性：控制对象在受到扰动后，被控量的变化将引起物质或能量的流量产生变化，从而使自身恢复到平衡状态。没有自平衡能力。Q2+ΔQ2Q1+ΔQ1hFΔhEND第9页，共19页，2023年，2月20日，星期一3纯延迟STQ22Q11hF纯迟延（τ）：由于传输距离导致被控量的变化比控制量的变化所落后的时间长度。第10页，共19页，2023年，2月20日，星期一3纯延迟ST00uhttτΔu第11页，共19页，2023年，2月20日，星期一3纯延迟ST实际的控制对象往往存在纯迟延，通常将其视作由一个独立的环节，即纯迟延环节，它与控制对象相串联。Q1(s)Q'1(s)1CSh1R+－Q2(s)END第12页，共19页，2023年，2月20日，星期一4单容控制对象的数学模型ST设进口阀开度变化Δμ，则ΔμΔQ1、ΔQ2、Δh根据得：其中，因此，单容控制对象的微分方程第13页，共19页，2023年，2月20日，星期一4单容控制对象的数学模型ST一阶惯性环节单容控制对象的传递函数第14页，共19页，2023年，2月20日，星期一4单容控制对象的数学模型ST单容控制对象的阶跃响应设则第15页，共19页，2023年，2月20日，星期一4单容控制对象的数学模型ST放大系数K和时间常数TT放大系数K是当对象达到稳态时把输入量放大的倍数。时间常数T时对象输出以最大变化速度达到新稳态值所需的时间。第16页，共19页，2023年，2月20日，星期一4单容控制对象的数学模型ST放大系数K和时间常数T的求法T令t=T，则第17页，共19页，2023年，2月20日，星期一4单容控制对象的数学模型ST分析1T2T1T1T2第18页，共19页，2023年，2月20日，星期一4单容控制对象的数学模型ST分析2可见，控制对象