《热工被控对象》PPT课件.ppt

一、了解对象动态特性的意义 1. 热工对象是热工自动控制系统的重要组成部分，要设计一个合理的控制系统，必须了解对象的动态特性; 2. 要确定出控制器的最佳整定参数，也必须了解对象的动态特性。 3. 了解对象的动态特性，还可以对新设计的工艺设备提出要求，使之满足所需要的动态特性，为设计满意的控制系统创造先决条件。,第二章 热工对象动态特性,二、相关概念 1. 对象的动态特性: 就是对象的某一输入量变化时，其被控参数随时间变化的规律。其取决于工艺设备的结构、运行条件和内部物理的（或化学的）过程。 2. 理论建模：可以用机理分析的方法导出对象的动态特性； 3. 实验建模：用实验的方法获取对象的动态特性，是工程中常用的建模方法，目前有时域法、频域法和相关统计法等。 4. 时域法：是在对象的输入端加一阶跃扰动，记录响应曲线，经数据处理求得对象的传递函数，这种方法的特点是简单适用，因此为工程中所广泛采用。,5. 频域法：用通过实验求得对象的频率特性来研究对象的动态特性。但对一些惯性大的对象则因试验时间很长而影响生产的正常进行，因此，这种频域法用的较少。 6. 相关统计法：是在对象的输入端加一伪随机信号，用相关计算求得对象的脉冲响应函数，这种方法的最大优点是不影响生产，因而越来越受到人们的重视。,三、影响对象动态特性的结构性质,影响对象动态特性的主要特征参数有容量系数、阻力和传递延迟，称为大多数对象所共有的结构性质。 1、容量系数 衡量对象储存物质（或能量）能力的一个特征参数。 2、阻力 物质（或能量）在传输过程中总是要遇到或大或小的阻力，因此需给予推动物质（或能量）流动的压差（如电位差、水位差、温度差等）。,对象的自平衡：不需要外来作用只依靠对象自身来恢复平衡的现象。显然，对象的阻力使之在动态过程中表现出自平衡能力。 3、传输迟延 被调量的变化时刻落后于扰动发生时刻的现象称为对象的传递迟延。由于迟延是物质（或能量）在传输过程中因传输距离的存在而产生，所以又称为传输迟延或纯迟延。,在设计主设备及其控制系统时，应尽量避免或减小对象的传输迟延。,1. 有自平衡能力对象：不需要外来作用只依靠对象自身来恢复平衡，具有这种能力的被控对象。 2. 无自平衡能力对象：在受到扰动后，其被调量不能依靠对象自身能力使之趋于某一稳定值，而不管对象的容积多少及容量系数的大小。,四、热工对象的动态特性,热工对象具有以下特点： （1）被调量的变化大多是不振荡的。 （2）被调量在干扰发生的开始阶段有迟延和惯性。 （3）在响应曲线的最后阶段，被调量可能达到一个新的平衡状态（对象有自平衡能力），也可能不断变化而无法进入平衡状态（对象无自平衡能力）。 （4）描述对象动态特性的特征参数有：放大系数 、时间常数、迟延时间。,五、阶跃响应曲线求取对象传递函数,时域法是目前应用最多的一种方法，其主要内容是：给对象人为加一阶跃扰动，记录下响应曲线，然后根据该响应曲线求取对象的传递函数。 由阶跃扰动作用下的对象的动态特性为阶跃响应曲线，即飞升曲线。阶跃响应曲线能比较直观的反映对象的动态特性；其次特征参数直接取自记录曲线而无需经过中间转换，试验方法也很简单。 1、阶跃响应曲线的测定 在系统处于稳定工况下通过手动或摇控装置使调节阀作一次阶跃变化；与此同时，记录表记录下扰动量和被调量的变化过程。,（1）扰动量的确定。扰动量应足够大，减小其它干扰信号对测试结果的相对影响。然而扰动量又不宜过大，过大的扰动量会使对象本身的非线性因素增大，有时还会影响生产设备的正常运行。通常，扰动量一般为对象额定负荷下的10%15%。 （2）试验前应将对象调整到所需工况，并保持稳定运行一段时间。如果作负荷上升扰动试验，则应将对象输出调整到允许变动范围的下限值（或上限值）；反之，则应将对象输出调整到允许变动范围的上限值（或下限值）。 （3）扰动加入时应尽量的快。设扰动开始到结束所花时间为 ，在处理试验数据时一般认为扰动是在 时刻加入的。,（4）要仔细记录阶跃响应曲线的起始部分，因为这一部分数据的准确性对确定对象动态特性参数的影响很大。对有自平衡能力对象，试验过程应在输出信号达到新的稳定值时结束。 （5）试验应在主要运行工况下（如额定负荷、平均负荷）进行，每一工况下应重复几次，至少要得到两条基本相同的曲线，以消除偶然性干扰的影响。 （6）应进行正反两个方向的试验，以检验对象的非线性。线性对象在正向扰动和反向扰动下，两条响应曲线应该是一样的。,2、有自平衡对象传递函数的求取 高阶对象的阶跃响应曲线呈“S”形，即响应起始段具有明显的迟延，曲线中间存在拐点，曲线最终趋于某一常量。,或,1.切线法,放大系数K的确定方法仍由对象输出、输入值（稳态值）之比来求得。采用切线法求取时间常数T和阶次n。 过拐点P作切线，切线交水平线于M，交时间轴于L，,图. 标称化的单位阶跃曲线,2两点法,设二阶对象的传递函数形式为：,图. 两点法,作曲线的水平线 ，并找出 ， 两点对应的时间 t1、t2。