第八章对象特性和建模

1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第八章第八章 对象特性和建模对象特性和建模 v一、一、数学模型及描述方法数学模型及描述方法v二、二、机理建模机理建模v三、三、描述对象特性的参数描述对象特性的参数v四、四、实测建模实测建模（了解内容）（了解内容）v五、五、例题分析例题分析（了解内容）（了解内容）1目录：目录：第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法自动控制系统自动控制系统是由被控对象、测量变送装置、控制器和执是由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器组成。行器组成。 研究对象的特性，就是用数学的方法来描述出对象输入研究对象的特性，就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系。这

2、种对象特性的数学描述就称为量与输出量之间的关系。这种对象特性的数学描述就称为对象的数学模型。干扰作用和控制作用都是引起被控变量对象的数学模型。干扰作用和控制作用都是引起被控变量变化的因素。变化的因素。通道通道 调节通道调节通道干扰通道干扰通道？几个概念几个概念3 一、被控对象数学模型一、被控对象数学模型第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法3输入量输入量(输入参数输入参数): 干扰作用和控制作用。干扰作用和控制作用。输出量输出量(输出参数输出参数): 被控参数。被控参数。控制通道控制通道: 控制作用至被控参数的信号联系。控制作用至被控参数的信号联系。干扰通道干扰通道: 干扰作用至被

3、控参数的信号联系。干扰作用至被控参数的信号联系。通道通道: 由对象的输入参数至被控参数的信号联系。由对象的输入参数至被控参数的信号联系。 （通道不同，特性不同）（通道不同，特性不同）对象的数学模型分为静态数学模型和动态数学模型对象的数学模型分为静态数学模型和动态数学模型静态数学模型静态数学模型动态数学模型动态数学模型基础基础特例特例4第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法一般是在工艺一般是在工艺流程和设备尺流程和设备尺寸等都确定的寸等都确定的情况，研究对情况，研究对象的输入变量象的输入变量是如何影响输是如何影响输出变量的。出变量的。研究的目研究的目的是为了的是为了使所设计使所设计的

4、控制系的控制系统达到更统达到更好的控制好的控制效果。效果。 在产品规格和产在产品规格和产量已确定的情况量已确定的情况下，通过模型计下，通过模型计算，确定设备的算，确定设备的结构、尺寸、工结构、尺寸、工艺流程和某些工艺流程和某些工艺条件。艺条件。 （a）（b）（c）用于用于控制控制的数学模型（的数学模型（a a、b b）与用于）与用于工艺设计与分析工艺设计与分析的的数学模型（数学模型（c c）不完全相同。）不完全相同。5第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法分类数学模型建立的途径不同 机理建模 实测建模 混合模型6第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法从机理出发从机理出发

5、, ,即从对象内在的物理和化学即从对象内在的物理和化学规律出发规律出发, , 建立描述对象输入输出特性的数学模型。建立描述对象输入输出特性的数学模型。 对于已经投产的生产过程对于已经投产的生产过程, ,我们可以通过我们可以通过实验测试或依据积累的操作数据实验测试或依据积累的操作数据, ,对系统的输入输出数对系统的输入输出数据据, ,通过数学回归方法进行处理。通过数学回归方法进行处理。 通过机理分析通过机理分析, ,得出模型的结构或函数形得出模型的结构或函数形式，而对其中的部分参数通过实测得到。式，而对其中的部分参数通过实测得到。7第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法二、数学模型的

6、主要形式二、数学模型的主要形式8非参量模型非参量模型 当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。特点特点形象、清晰，比较容易看出其定性的特征 缺点缺点直接利用它们来进行系统的分析和设计往往比较困难 第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法（了解内容）（了解内容） 当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。参量模型参量模型9 静态数学模型比较简单,一般可用代数方程式表示。 动态数学模型的形式主要有微分方程、传递函数、差分方程及状态方程等 第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法10对于线性的集中参数对象

7、 在允许的范围内，多数化工对象动态特性可以忽略输入量的导数项可表示为 txtyatyatyatyannnn0111 txbtxbtxbtxbtyatyatyatyammmmnnnn01110111 通常可用常系数线性微分方程式来描述，如果以x（t）表示输入量，y（t）表示输出量，则对象特性可用下列微分方程式来描述（8-1）第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法11 txtyatya01举例举例一个对象如果可以用一个一阶微分方程式来描一个对象如果可以用一个一阶微分方程式来描述其特性（通常称一阶对象），则可表示为述其特性（通常称一阶对象），则可表示为（8-3） tKxtytyT0011

8、,aKaaT或表示成或表示成式中式中（8-4） tKxtxaty01如果系统处于平衡状态如果系统处于平衡状态 (静态静态) ,变量的导数项均为零变量的导数项均为零（8-5）第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法 sXsYsG 所谓一个环节 (或对象)的传递函数是在初始条件为零时,这个环节输出变量的拉氏变换与输入变量的拉氏变换之比,记为（8-6） dtetfsFst0拉氏变换是对函数的一种变换,定义为（8-7）12第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法 sXbssXbsXsbsXsbsYassYasYsasYsammmmnnnn01110111 运用拉氏变换的线性性质与微

9、分性质,对式 (8-1)两端分别取拉氏变换,则得由此式可以方便地得到系统传递函数的一般形式 01110111asasasabsbsbsbsXsYsGnnnnmmmm （8-8）13第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法 sKXsYsTsY对于一阶对象,由式 (8-4)两端取拉氏变换,得 1TsKsG因此一阶对象的传递函数形式为（8-9）14第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法 差分方程是一种时间离散形式的数学模型，用来描述在各个采样时刻的输入变量与输出变量数值之间的关系。 kxbkxbmkxbmkxbkyakyankyankyammnn0110111111 （8-10

10、） 式 (8-10)称为 n阶差分方程,当n= 1时称为一阶差分方程。15第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法 tkykydttdy1如果将各个信号经过采样,采样间隔时间 (采样周期)为t tKxtydttdyT对于一阶微分方程（8-11） kKxkytkykyT1 kKxkytTkytT11将上述关系代入式 (7-11) ,可得或16第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法KbtTatTa0011式中 kxbkyakya0011写成一阶差分方程的一般形式,为（8-12） kxbkyakyakya001212对于二阶微分方程（8-13） kxabkyaaky10101

11、1121001010101010 xabyaaykxabyaayk时，时，递推公式为17第一节第一节 数学模型及描述方法数学模型及描述方法 一、一阶对象一、一阶对象对象物料蓄存量的变化率对象物料蓄存量的变化率单位时间流入对象的物料单位时间流出对象的物单位时间流入对象的物料单位时间流出对象的物料料依据依据18第二节第二节 机理建模机理建模图8-2 水槽对象19AdhdtQQ21（8-14）sRhQ 2若变化量很微小变化量很微小，可以近似认为Q2与h 成正比将上式代入（8-14）式，移项1QRhdtdhARssssRKART,1KQhdtdhT令令则则 11TsKsQsHsG水槽对象的传递函数为第

12、二节第二节 机理建模机理建模200eiReiei若取为输入参数， eo为输出参数，根据基尔霍夫定理 dtdeCi0由于由于ieedtdeRC00ieedtdeT00RCT 消去消去i i或或图8-3 RC电路第二节第二节 机理建模机理建模二、积分对象二、积分对象当对象的输出参数与输入参数对时间的积分成比例关系时，当对象的输出参数与输入参数对时间的积分成比例关系时，称为称为积分对象积分对象。21dtQAdh11Q2为常数，变化量为0dtQAh11说明，所示贮槽具有积分特性。其中，A为贮槽横截面积（8-27）图8-4 积分对象第二节第二节 机理建模机理建模 sQAssH11 在初始条件为零时,根据

13、拉氏变换的积分性质,对式(8-27)进行拉氏变换,则有 AssQsHsG11 积分对象的传递函数G(s)为22第二节第二节 机理建模机理建模三、时滞对象三、时滞对象 有的对象或过程有的对象或过程, ,在受到输入作用后在受到输入作用后, ,输出变量要输出变量要隔上一段时间才有响应隔上一段时间才有响应, ,这种对象称为具有时滞特性的这种对象称为具有时滞特性的对象对象, ,而这段时间就称为时滞而这段时间就称为时滞0 0 ( (或纯滞后或纯滞后) )。 时滞的产生一般是由于介质的输送需要一段时滞的产生一般是由于介质的输送需要一段时间而引起的。时间而引起的。 23第二节第二节 机理建模机理建模24显然，

14、纯滞后时间显然，纯滞后时间0 0与皮带输送机的传送速度与皮带输送机的传送速度v v和传送和传送距离距离L L有如下关系：有如下关系： vL0（8-30）第二节第二节 机理建模机理建模从测量方面来说，从测量方面来说，由于由于测量点选择不当、测量测量点选择不当、测量元件安装不合适等原因元件安装不合适等原因也会造成传递滞后。也会造成传递滞后。安装成分分析仪安装成分分析仪器时，取样管线太长，器时，取样管线太长，取样点安装离设备太远，取样点安装离设备太远，都会引起较大的纯滞后都会引起较大的纯滞后时间，工作中要尽量避时间，工作中要尽量避免。免。 25第二节第二节 机理建模机理建模26图8-7 时滞对象输入

15、、输出特性x为输入量（8-31）000, 0,tttxy0txy sXesYs0将在初始条件为零时进行拉氏变换,得（8-32） sesG0因此,时滞对象的传递函数为第二节第二节 机理建模机理建模 0tKxtydttdyT 对象可以用一阶微分方程式来描述, 但输入变量与输出变量之间有一段时滞0（8-33） sXKesYsYTss0 seTssG011在初始条件为零时,对上式进行拉氏变换,得这时整个对象的传递函数为（8-34）：基于机理通过推导可以得到描述对象特性的微分方程式或传递函数。27第二节第二节 机理建模机理建模一、放大系数一、放大系数K 对于前面介绍的水槽对象，当流入流量Q1有一定的阶跃

16、变化后，液位h也会有相应的变化，但最后会稳定在某一数值上。如果我们将流量Q1的变化Q1看作对象的输入，而液位h的变化h看作对象的输出，那么在稳定状态时，对象一定的输入就对应着一定的输出，这种特性称为对象的静态特性。 28第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数28第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数291QhKs1QKhs或K K在在数值数值上等于对象重新稳定后的上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。输出变化量与输入变化量之比。K K越大越大，就表示对象的输入量有一，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大，定变化时，对输出量的影响越大，即被控变量

17、对这个量的变化即被控变量对这个量的变化越灵越灵敏敏。图8-8 水槽液位的变化曲线第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数30以合成氨的转换炉为例以合成氨的转换炉为例生产过程要求一氧化生产过程要求一氧化碳的转化率要高，蒸碳的转化率要高，蒸汽消耗量要少，触媒汽消耗量要少，触媒寿命要长。通常用变寿命要长。通常用变换炉一段反应温度作换炉一段反应温度作为被控变量，来间接为被控变量，来间接地控制转换率和其他地控制转换率和其他指标。指标。 第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数影响变换炉一段反应温度的因素主要有冷激流量、蒸汽流影响变换炉一段反应温度的因素主要有冷激流量、蒸汽流量和半水煤

18、气流量。改变阀门量和半水煤气流量。改变阀门1 1、2 2、3 3的开度就可以分别改的开度就可以分别改变冷激量、蒸汽量和半水煤气量的大小。从右上图看出，变冷激量、蒸汽量和半水煤气量的大小。从右上图看出，冷激量对温度的相对放大系数最大；蒸汽量对温度的相对冷激量对温度的相对放大系数最大；蒸汽量对温度的相对放大系数次之；半水煤气量对温度的相对放大系数最小。放大系数次之；半水煤气量对温度的相对放大系数最小。 31第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数二、时间常数二、时间常数T32第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数32从大量的生产实践中发现，有的对象受到干扰后，被控从大量的生产

19、实践中发现，有的对象受到干扰后，被控变量变化很快，较迅速地达到了稳定值；有的对象在受变量变化很快，较迅速地达到了稳定值；有的对象在受到干扰后，惯性很大，被控变量要经过很长时间才能达到干扰后，惯性很大，被控变量要经过很长时间才能达到新的稳态值。到新的稳态值。 图8-11 不同时间常数对象的反应曲线第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数如何定量地表示对象受干扰后如何定量地表示对象受干扰后的这种特性呢？的这种特性呢？ 在自动化领域中，往往用时间在自动化领域中，往往用时间常数常数T T来表示。时间常数越大，来表示。时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，被表示对象受到干扰作用后，被控变量变化

20、得越慢，到达新的控变量变化得越慢，到达新的稳定值所需的时间越长。稳定值所需的时间越长。33第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数34第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数放大系数与时间常数放大系数与时间常数341KQhdtdhT由前面的推导可知 TteKQth11假定Q1为阶跃作用，t0或t=0时Q1为一常数，如左图。则函数表达式为（8-36）图8-12 反应曲线第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数 1KQh 1QhK 从上页图反应曲线可以看出，对象受到阶跃作用后，从上页图反应曲线可以看出，对象受到阶跃作用后，被控变量就发生变化，当被控变量就发生变化，当t

21、 t时，被控变量不再变化时，被控变量不再变化而达到了新的稳态值而达到了新的稳态值h h（），这时上式可得：），这时上式可得： 或或（8-37）35第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数36 111632. 01KQeKQTh将 t=T 代入式（8-36），得（8-38） hTh632. 0将式（8-37）代入式（8-38），得（8-39）当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的的63.263.2所需的时间，就是时间常数所需的时间，就是时间常数T，实际工作中，实际工作中，常用这种方法求取时间常数。显然，时间常数越大，常用这种方法求取时

22、间常数。显然，时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳定值所需的时被控变量的变化也越慢，达到新的稳定值所需的时间也越大。间也越大。 第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数图8-13 不同时间常数对象的反应曲线T1T2T3T4 说明：说明：时间常数大的对象（如时间常数大的对象（如T4)对输入的反应较慢，对输入的反应较慢，一般认为惯性较大。一般认为惯性较大。37第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数38在输入作用加入的瞬间，液位h的变化速度是多大呢？TteTKQdtdh1将式（8-36）对 t 求导，得（8-40） ThTKQdtdht10当 t =0（8-41）0t

23、dtdh当 t 时，式（8-40）可得（8-42）第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数图8-14 时间常数T的求法 由左下图所示，式（8-41）代表了曲线在起始点时切线的斜率，这条切线在新的稳定值h（）上截得的一段时间正好等于T。 hKQeKATh95. 095. 01313由式（8-36），当 t =时，h = KQ1。当 t=3T时，代入式（8-36）得（8-43）从加入输入作用后，经过从加入输入作用后，经过3 3T T时间，液位已经变化了全时间，液位已经变化了全部变化范围的部变化范围的9595，这时，可以近似地认为动态过程，这时，可以近似地认为动态过程基本结束。所以，时间常

24、数基本结束。所以，时间常数T T是表示在输入作用下，被是表示在输入作用下，被控变量完成其变化过程所需要的时间的一个重要参数。控变量完成其变化过程所需要的时间的一个重要参数。 结论39第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数举例分析举例分析对于一阶简单水槽对象，对于一阶简单水槽对象，K K= =R RS S，即放大系数只与出，即放大系数只与出水阀的阻力有关，当阀的开度一定时，放大系数就水阀的阻力有关，当阀的开度一定时，放大系数就是一个常数。另外，是一个常数。另外，T=AT=ARsRs，RsRs增加时，放大系增加时，放大系数数K K增加，自平衡能力下降，时间常数增加，自平衡能力下降，时间

25、常数T T增大。增大。35第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数对象的容量系数对象的容量系数C C（A A）增加增加，时间常数，时间常数T T增大增大，惯，惯性增大，对输入信号反应的灵敏度下降。性增大，对输入信号反应的灵敏度下降。35第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数项目项目次数次数水槽面积水槽面积A A液位高液位高度度/%/%平衡耗平衡耗时时/ /秒秒液位变化速液位变化速度度%/%/秒秒实验一实验一0.80.838381351350.280.28实验二实验二1.51.538382132130.180.18实例分析实例分析:一阶简单水槽自平衡实验数据一阶简单水槽自平

26、衡实验数据说明说明:增加水槽面积后，液位高度（增加水槽面积后，液位高度（K）基本没有变化，）基本没有变化，但自平衡耗时变的很长（但自平衡耗时变的很长（T），被控变量液位速度是），被控变量液位速度是明显变慢。明显变慢。对象的阻力对象的阻力RsRs增加增加时，时间常数时，时间常数T T增大增大，同时又使，同时又使自平衡能力下降自平衡能力下降。35第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数项目项目次数次数出口阻力出口阻力阻力阻力RsRs液位高液位高度度/%/%平衡耗平衡耗时时/ /秒秒液位变化速液位变化速度度%/%/秒秒实验一实验一0.30.338381351350.280.28实验二实验二

27、0.50.562621561560.400.40实例分析实例分析:一阶简单水槽自平衡实验数据一阶简单水槽自平衡实验数据说明说明:增加出口阻力后，液位最后变高（增加出口阻力后，液位最后变高（K），耗时变），耗时变长（长（T），但被控变量液位速度是变快的。），但被控变量液位速度是变快的。结论结论在自动化领域，在自动化领域，时间常数时间常数T=AT=ARsRs ，T T越大，表示对象越大，表示对象受到干扰作用后，被控变量变化得越慢，这是由对象的容受到干扰作用后，被控变量变化得越慢，这是由对象的容量系数量系数C C较大造成的，即水槽的面积较大造成的，即水槽的面积A A较大一样；较大一样； T T越大，

28、越大，表示对象受到干扰作用后，到达新的稳定值所需的时间越表示对象受到干扰作用后，到达新的稳定值所需的时间越长这是由对象的阻力长这是由对象的阻力RsRs较大造成的，即水槽的出口阻力较较大造成的，即水槽的出口阻力较大一样大一样 。35第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数三、滞后时间三、滞后时间分类定义定义对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即而迅速地变化，这种现象称为滞后现象。而迅速地变化，这种现象称为滞后现象。滞后性质1 1、时滞：时滞：又叫纯滞后，一般用又叫纯滞后，一般用 0 0表示。表示。 0 0的产生一般是由于介质的输送需要一段的产生

29、一般是由于介质的输送需要一段时间而引起的时间而引起的。 2、容量滞后容量滞后：对象在受到阶跃输入作用：对象在受到阶跃输入作用x后，被控变量后，被控变量y开始变化很慢，后来才逐开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又变慢直至逐渐接近稳定值。渐加快，最后又变慢直至逐渐接近稳定值。40第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数 0tKxtydttdyT 001teKAtyTt 当假定 y(t)的初始值 y(0) = 0, x(t)是一个发生在t = 0的阶跃输入,幅值为 A,对上述方程式求解,可得（8-44） 图8-15 具有纯滞后的一阶对象反应曲线 可见，具有时滞的一阶对象与没有时滞的一阶对象

30、可见，具有时滞的一阶对象与没有时滞的一阶对象, ,它它们的反应曲线在形状上完全相同们的反应曲线在形状上完全相同, ,只是具有时滞的反应曲线只是具有时滞的反应曲线在时间上错后一段时间在时间上错后一段时间0 0。41第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数41第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数显然显然，纯滞后时间0与皮带输送机的传送速度v和传送距离L有如下关系： vL0（8-30）溶解槽及其反应曲线纯滞后时间举例举例第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数2.2.容量滞后容量滞后42第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数42第三节第三节 描述对象特性

31、的参数描述对象特性的参数图8-16 具有容量滞后对象的反应曲线图8-17 图解近似方法42第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数用带有时滞的一阶对象的特性来近似二阶水槽对象。用带有时滞的一阶对象的特性来近似二阶水槽对象。近似图解法近似图解法T T和和n。在容量滞后与纯滞后同在容量滞后与纯滞后同时存在时，常常把两者时存在时，常常把两者合起来统称滞后时间合起来统称滞后时间，即即0 0h h。 自动控制系统中，滞后的存在是不利于控制的。所以，自动控制系统中，滞后的存在是不利于控制的。所以，在设计和安装控制系统时，都应当尽量把滞后时间减到在设计和安装控制系统时，都应当尽量把滞后时间减到最小

32、。最小。 结论结论43图8-18 滞后时间示意图第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数目前常见的化工对象的滞后时间目前常见的化工对象的滞后时间和时间常数和时间常数T大致情大致情况如下：从小到大顺序况如下：从小到大顺序（1 1）被控变量为液位的对象）被控变量为液位的对象很小，而很小，而T稍大；稍大； 例如：一阶水槽的液位变化例如：一阶水槽的液位变化（2 2）被控变量为流量的对象）被控变量为流量的对象和和T都较小，数量级往都较小，数量级往往在几秒至几十秒，往在几秒至几十秒，（3 3）被控变量为压力的对象）被控变量为压力的对象不大，也属中等，不大，也属中等，（4 4）被控变量为温度的对象

33、）被控变量为温度的对象和和T都较大，约几分至都较大，约几分至几十分钟。几十分钟。 44第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数目前常见的化工对象的特性：目前常见的化工对象的特性：1 1、一阶对象的特性参数：放大倍数、时间常数和纯、一阶对象的特性参数：放大倍数、时间常数和纯滞后；滞后；2 2、多容有自平衡能力的对象特性参数：放大系数、多容有自平衡能力的对象特性参数：放大系数K K、时间常数和滞后（纯滞后和容积滞后）；时间常数和滞后（纯滞后和容积滞后）；44第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数44第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数对于一个被控对象来说，输入对

34、于一个被控对象来说，输入量是扰动量和操纵量，而输出量是扰动量和操纵量，而输出量是被控变量。由对象的输入量是被控变量。由对象的输入变量至输出变量的信号联系称变量至输出变量的信号联系称为通道。操纵变量至被控变量为通道。操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道；扰的信号联系称为控制通道；扰动量至被控变量的信号联系称动量至被控变量的信号联系称为扰动通道。为扰动通道。什么是控制通道和扰动通道（干扰通道）？对于不同的通什么是控制通道和扰动通道（干扰通道）？对于不同的通道，对象的特性参数（道，对象的特性参数（K、T、 ）对控制有什么不同的影）对控制有什么不同的影响？响？第三节第三节 描述对象特性的参数描述对

35、象特性的参数对象特性与控制关系问题分析一：对象特性与控制关系问题分析一：一般来说，对于不同的通道，对象的特性参数（一般来说，对于不同的通道，对象的特性参数（K K、T T、 ）对控制作用的影响是不同的。）对控制作用的影响是不同的。1 1、对于控制通道：、对于控制通道：（1 1）K K：对象的放大系数大，操纵变量的变化对被控：对象的放大系数大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；放大系数小，控制作用的影响不显著，被余差也小；放大系数小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化缓慢。但控变量的变化缓慢。但K K太大，

36、会使控制作用对被控变太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。量的影响过强，使系统的稳定性下降。第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数（2 2）T T：在相同的控制作用下，时间常数：在相同的控制作用下，时间常数T T大，则被控大，则被控变量的变化比较缓慢，此时对象比较平稳，容易进行控变量的变化比较缓慢，此时对象比较平稳，容易进行控制，但过渡过程时间较长；若时间常数制，但过渡过程时间较长；若时间常数T T小，则被控变小，则被控变量变化速度快，不易控制。时间常数太大或太小，在控量变化速度快，不易控制。时间常数太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此，需根据实际情况适

37、中考制上都将存在一定困难，因此，需根据实际情况适中考虑。虑。（3 3）：滞后时间的存在，使得控制作用总是落后于滞后时间的存在，使得控制作用总是落后于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下降。因此，应量减小滞后时间。质量下降。因此，应量减小滞后时间。第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数2 2、对于扰动通道：、对于扰动通道：（1 1）K K：放大系数：放大系数K K大对控制不利，因为，当扰动频繁大对控制不利，因为，当扰动频繁出现且幅度较大时，被控变量的波动就会很大，使得最

38、出现且幅度较大时，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；而放大系数大偏差增大；而放大系数K K小，即使扰动较大，对被控小，即使扰动较大，对被控变量仍然不会产生多大影响。变量仍然不会产生多大影响。（2 2）T T：时间常数：时间常数T T大，扰动作用比较平缓，被变量变大，扰动作用比较平缓，被变量变化较平稳，对象较易控制。化较平稳，对象较易控制。（3 3）：纯滞后的存在，相当于将扰动推迟：纯滞后的存在，相当于将扰动推迟0 0时间才时间才进入系统，并不影响控制系统的品质；而容量滞后的存进入系统，并不影响控制系统的品质；而容量滞后的存在，则将使阶跃扰动的影响趋于缓和，被控变量的变化在，则将使阶跃扰

39、动的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些，因此，对系统是有利的。相应也缓和些，因此，对系统是有利的。 对象的纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递对象的纯滞后一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。在控制通道，如果存在纯滞后，需要一段时间引起的。在控制通道，如果存在纯滞后，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，会使控制作用不及时，造成被控变量的最大偏差增加，控制质量下降，稳定性降低。在干扰通道，如果存在控制质量下降，稳定性降低。在干扰通道，如果存在滞后，相当于将扰动推迟一段时间才进入系统，并不滞后，相当于将扰动推迟一段时间才进入系统，并不影响控制系统的控制品质。影响控制系统的控制品质。对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？对控制对象的纯滞后和容量滞后各是什么原因造成的？对控制过程的影响？过程的影响？第三节第三节 描述对象特性的参数描述对象特性的参数对象特性与控制关系问题分析二：对象特性与控制关系问题分析二：对象的容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过对象的容量滞后一般是由于物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。容量滞后增加，会使对象的时间一定的阻力而引起的。容量滞后增加，会使