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1、第3章 控制对象的特性第1页，共28页，编辑于2022年，星期一（1 1）何谓控制对象的特性？）何谓控制对象的特性？是指对象在受到干扰作用或调节作用后，是指对象在受到干扰作用或调节作用后，被控参数是如何变化的，变化的快慢及最终变被控参数是如何变化的，变化的快慢及最终变化的数值。化的数值。（2 2）何谓控制对象的输入、输出量？）何谓控制对象的输入、输出量？干扰作用和调节作用为对象的输入量；干扰作用和调节作用为对象的输入量；被控参数为对象的输出量。被控参数为对象的输出量。干扰作用干扰作用 被控参数被控参数 干扰通道干扰通道 调节作用调节作用 被控参数被控参数 调节通道调节通道第2页，共28页，编辑
2、于2022年，星期一（3 3）单容单容控制对象：控制对象：只有一个储蓄容积的控只有一个储蓄容积的控制对象。其动态特性可用一阶微分方程式表制对象。其动态特性可用一阶微分方程式表示。示。多容多容控制对象：控制对象：有两个或两个以上有两个或两个以上 储蓄容积的控制对象。其动态特性需用二阶储蓄容积的控制对象。其动态特性需用二阶或二阶以上微分方程来表述。或二阶以上微分方程来表述。31 单容控制对象的特性第3页，共28页，编辑于2022年，星期一一、单容控制对象的微分方程第4页，共28页，编辑于2022年，星期一 h（t）=Ku（1-e-t/T）第5页，共28页，编辑于2022年，星期一二、单容控制对象的
3、特性参数：二、单容控制对象的特性参数：1、放大系数、放大系数 K：h h（t t）=Ku=Ku（1-e1-e-t/T-t/T）h h（）=Ku=Ku；K=h K=h（）/u/u 由此可见：由此可见：（1 1）水柜把输入量变化值放大）水柜把输入量变化值放大K K倍而倍而 成为输出量的变化值。成为输出量的变化值。（2 2）K K只与被控参数初、终稳态值有只与被控参数初、终稳态值有 关，故称对象的静态特性参数。关，故称对象的静态特性参数。（3 3）K K大，说明被控参数对输入作用大，说明被控参数对输入作用 越灵敏，即控制对象受到小的作用，越灵敏，即控制对象受到小的作用，被控参数达到新稳态值的变化量大
4、。被控参数达到新稳态值的变化量大。第6页，共28页，编辑于2022年，星期一2 2、时间常数、时间常数T T：（1 1）何为控制对象的惯性？）何为控制对象的惯性？被控量的变化总是落后于输入作用的变化。被控量的变化总是落后于输入作用的变化。（2 2）T T的物理意义：的物理意义：a a）在给定阶跃信号作用下，被调参数以初始）在给定阶跃信号作用下，被调参数以初始 变化速度一直变化到新稳态值所需的时间。变化速度一直变化到新稳态值所需的时间。b b）控制对象受到阶跃信号后，被控参数变化）控制对象受到阶跃信号后，被控参数变化 到新稳态值到新稳态值 的的63.2%63.2%所需的时间。所需的时间。（3 3
5、）T T 的几何意义：的几何意义：以初始斜率为斜率作切线与新稳态值的交以初始斜率为斜率作切线与新稳态值的交 点所对应的时间。点所对应的时间。第7页，共28页，编辑于2022年，星期一第8页，共28页，编辑于2022年，星期一（4 4）T T的大小说明被调参数达到新稳态值所需时的大小说明被调参数达到新稳态值所需时间的长短，是表征对象惯性大小的动态特性参数。间的长短，是表征对象惯性大小的动态特性参数。下图中下图中：T1TT2 2TT3 3T A A1 1。因为因为 T T1 1=A=A1 1RR，T T2 2=A=A2 2RR，所以，所以T T2 2TT1 1。当当t=0t=0：h h（）=Ku=
6、KuRu=Ku=KuRu可见可见：容量系数越大，时间常数越大；：容量系数越大，时间常数越大；容量系数变，被控量初始变化速度变化；容量系数变，被控量初始变化速度变化；容量系数变，被控量稳态值不变。容量系数变，被控量稳态值不变。第12页，共28页，编辑于2022年，星期一第13页，共28页，编辑于2022年，星期一D D）阻力系数对控制对象时间常数的影响：）阻力系数对控制对象时间常数的影响：若有两个底面积相同的单容水柜若有两个底面积相同的单容水柜（A1=A2A1=A2），），但但 R1 R2 R1 R2，T1=A1 R1T1=A1 R1，T2=A2 R2T2=A2 R2 则则 T1 T2 T1 T
7、2当当t=0t=0：h h（）=Ku=KuRu=Ku=KuRu可见：阻力系数越大，时间常数越大；可见：阻力系数越大，时间常数越大；阻力系数变，被控量初始变化速度不变；阻力系数变，被控量初始变化速度不变；阻力系数变，被控量稳态值变化。阻力系数变，被控量稳态值变化。第14页，共28页，编辑于2022年，星期一第15页，共28页，编辑于2022年，星期一3、纯滞后时间、纯滞后时间0 0：第16页，共28页，编辑于2022年，星期一第17页，共28页，编辑于2022年，星期一（1）何谓纯滞后？）何谓纯滞后？被控量变化落后于输入量变化发生被控量变化落后于输入量变化发生时刻的现象称为对象的纯滞后。时刻的现
8、象称为对象的纯滞后。（2）产生纯滞后的原因：）产生纯滞后的原因：a a）调节阀离调节对象太远。）调节阀离调节对象太远。b b）被控参数的测量点离调节器太远。）被控参数的测量点离调节器太远。（3）纯滞后对控制系统的影响：）纯滞后对控制系统的影响：稳定性稳定性 动态偏差动态偏差 调节时间调节时间 第18页，共28页，编辑于2022年，星期一32多容控制对象的动态特性一、双容水柜控制对象的阶跃响应曲线：一、双容水柜控制对象的阶跃响应曲线：第19页，共28页，编辑于2022年，星期一第20页，共28页，编辑于2022年，星期一二、二、容量滞后时间容量滞后时间c c：（1 1）何为容量滞后现象？）何为容
9、量滞后现象？双容控制对象在受到阶跃输入作用后，被双容控制对象在受到阶跃输入作用后，被控参数开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又控参数开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又变慢直至逐渐接近新的稳定值。变慢直至逐渐接近新的稳定值。（2 2）产生容量滞后时间的原因：）产生容量滞后时间的原因：由于多了一个储蓄容积，使得被控量的变由于多了一个储蓄容积，使得被控量的变化在时间上落后于输入量的变化。化在时间上落后于输入量的变化。对象的储蓄容积和阻力个数越多，容量滞对象的储蓄容积和阻力个数越多，容量滞后就越严重。后就越严重。第21页，共28页，编辑于2022年，星期一第22页，共28页，编辑于2022年，星期一
10、（3）求取容量滞后时间c的方法：第23页，共28页，编辑于2022年，星期一（4 4）c c对系统过渡过程的影响：对系统过渡过程的影响：稳定性稳定性 动态偏动态偏 调节时间调节时间三、三、滞后时间滞后时间：滞后时间滞后时间=纯滞后时间纯滞后时间0 0+容量滞后时间容量滞后时间c c总之：总之：单容控制对象的特性参数为单容控制对象的特性参数为 K K、T T、0 0 多多容控制对象的特性参数为容控制对象的特性参数为 K K、T T、第24页，共28页，编辑于2022年，星期一3-3 控制对象的自平衡能力：一、何谓自平衡特性？一、何谓自平衡特性？控制对象受到输入作用平衡被破坏后，不需控制对象受到输
11、入作用平衡被破坏后，不需要外来的调节作用而依靠被控量自身的变化使对要外来的调节作用而依靠被控量自身的变化使对象重新恢复平衡的特性称为对象的自平衡特性。象重新恢复平衡的特性称为对象的自平衡特性。二、二、自平衡率自平衡率 ：干扰作用输入量不变，改变调节作用输入量：干扰作用输入量不变，改变调节作用输入量：干扰作用输入量变，调节作用输入量不变：干扰作用输入量变，调节作用输入量不变：第25页，共28页，编辑于2022年，星期一三、自平衡率三、自平衡率 对单容控制对象阶跃响应的影响：对单容控制对象阶跃响应的影响：第26页，共28页，编辑于2022年，星期一四、无自平衡能力的单容水柜：四、无自平衡能力的单容水柜：第27页，共28页，编辑于2022年，星期一第28页，共28页，编辑于2022年，星期一