《过程控制与集散系统》课件-3.3 被控对象动态特性

被控对象动态特性

(一)DynamicCharacteristicsofTheControlledObject.项目三：单水箱恒温控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》空调调节室温汽车巡航控制车速准确理解系统的动态特性，不仅是实现精准控制的基础，也是工程师解决实际问题的核心能力。

建模要求正确理解系统物理变化规律掌握动态特性参数的采集与计算技能

局限性当前模型：符号等式现有局限：缺乏系统具体信息

课程重点被控对象动态特性目录01被控对象的动态特性概述02三种典型动态特性一、被控对象的动态特性概述被控对象的动态特性当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律。被控对象输出变量输入变量控制系统的被控变量控制系统的操纵变量和干扰作用一、被控对象的动态特性概述被控对象输入变量与输出变量之间的联系称为通道不同系统中通道的确定特点通道确定的重要性单容水箱恒温控制系统输入与输出变量显著、易确定，建模简单。大型过程控制系统物理量多，需精准筛选输入与输出变量以确定通道。直接影响系统模型的好坏间接影响系统控制的设计难度和控制效果一、被控对象的动态特性概述通常所讲的对象特性是指控制通道的对象特性。深刻了解被控对象的特性是设计合理的控制方案的基础。控制通道操纵变量与被控变量之间的联系。干扰通道干扰作用与被控变量之间的联系。两类通道必然存在，且可以相互转换被控对象确定后，其控制通道和干扰通道基本确定依据被控对象的改变而实现一、被控对象的动态特性概述单容水箱恒温控制系统的干扰通道有哪些？控制通道是否还有其他的形式呢？思考一下二、三种典型动态特性一、有自衡特性的系统开放式水温加热对象考虑热交换环境温度0摄氏度初始平衡状态，假设环境温度为0℃，稳态功率为

，当功率突然有一阶跃变化量时，温度测量值

变化示意图如右所示：二、三种典型动态特性Ks，P(0)均为常数，因此温度稳定在新的平衡状态，即自衡特性。方程求解输出

二、三种典型动态特性二、无自衡特性的系统开放式水温加热对象（忽略热交换）如图，忽略水与环境热交换，即得到经典的无自衡特性的控制系统。求解二、三种典型动态特性三、多容复合系统夹套锅炉炉温对象该系统由一个锅炉内部和一个外部夹套组成，输入热功率施加到夹套，通过热传递加热锅炉内部。这个系统可以看作是两层水箱温度控制系统。对该系统分层建立模型。二、三种典型动态特性三、多容复合系统

二、三种典型动态特性适用范围压力罐压力系统01液体液位系统02质量-弹簧-阻尼器系统03RLC电路系统04液压控制器系统05直流电动机系统06课程小结被控对象的动态特性三种典型动态特性被控对象动态特性输入变量输出变量控制、干扰通道有自衡特性的系统无自衡特性的系统多容复合系统课程小结掌握从微分方程描述系统动态特性的方法。知识层面培养严谨求实的工程建模态度，建立系统思维的分析方法。能力层面工程实践面对复杂系统秉持科学态度，注重数据采集与模型验证，发扬精益求精的工匠精神。被控对象动态特性

(二)DynamicCharacteristicsofTheControlledObject.项目三：单水箱恒温控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》掌握系统数学模型的建立方法：微分方程传递函数正确理解系统的物理变化规律；掌握被控对象的动态特性参数的采集与计算技能课程重点定量学习被控对象的动态特性。局限性：表现形式仅为符号等式，缺乏体现系统具体信息的数字等内容。目录01放大系数02时间常数03滞后时间一、放大系数描述被控对象特性参数：放大系数、时间常数和滞后时间。放大系数又称静态增益，是被控对象重新达到平衡状态时的输出变化量与输入变化量之比

。如水温

中的KS。一、放大系数特点放大系数是静态特性参数，不随时间变化。放大系数越大，输出变量就越大，则被控对象的自身稳定性越差。放大系数为常数的被控对象称为线性对象；放大系数不为常数的被控对象，称为非线性对象。非线性对象是比较难控制的。

01

03

02一、放大系数思考一下既然非线性对象的放大系数不固定，在建模时该怎么处理呢？选取系统的"最佳工作点"加热炉常用工作区间100-120℃，在选定区间内近似认为放大系数恒定抓主要矛盾可接受的误差可实现的计算二、时间常数时间常数反映了被控对象受到输入作用后，输出变量达到新稳态值的快慢，决定了整个动态过程的长短。因此，它是被控对象的动态特性参数。如：水温控制系统的水温计算公式

中的T。时间常数T增大时输出到达新稳态值时间延长响应曲线变得更加平缓二、时间常数大时间常数系统如同巨型货轮，行驶非常稳定、抗风浪能力强、转向和加速缓慢。小时间常数系统如同轻便快艇，转向和加速灵活、动态响应迅速、抗干扰能力较弱。二、时间常数干扰通道中，T越大，响应越缓慢，系统易于控制。控制通道中，T越大，响应越稳定，但动态过程缓慢。三、滞后时间滞后时间被控对象在受到输入变量的作用后，被控变量并不立即发生变化，而是过一段时间才发生变化，这种现象称为滞后现象。滞后时间是描述对象滞后现象的动态参数。传递滞后容量滞后传递滞后又叫纯滞后，是由于信号的传输、介质的输送或热的传递要经过一段时间而产生的，常用τ0来表示。三、滞后时间皮带运输物料进入溶解槽的系统示意图三、滞后时间容量滞后

τc一般是由于物料或能量的传递过程中受到一定的阻力而引起的，或者说是由于容量数目多而产生的。夹套锅炉温度控制系统三、滞后时间传递滞后和容量滞后的本质是不同的，但实际上很难严格区分，通常把这两种滞后时间加在一起，统称为滞后时间。被控对象的动态特性控制系统中，滞后影响与通道有关。对于控制通道，滞后不利于控制；对于干扰通道，纯滞后无影响，容量滞后是有利的。例：某对象蒸汽流量从25变为28m3/h时，温度阶跃响应如图所示，温度测量仪表的测量范围是0-200℃，蒸汽流量测量仪表测量范围是0-40m3/h，求该系统的特性参数和微分方程。时间常数滞后时间放大系数微分方程课程小结放大系数时间常数滞后时间定量分析的过程，也是“追求精准”的过程。工程风险单一参数错误可能导致系统失效严重时可能引发生产安全事故职业素养始终保持严谨细致的工作态度对每个数据、每次计算反复核对体现专业责任与安全敬畏感谢观看DynamicCharacter