理论教育 被控对象动态特性的特点分析

被控对象动态特性的特点分析

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:工业被控对象的幅频特性和相频特性随着频率的增加都向下倾斜。

被控对象动态特性的特点分析

1.被控对象的动态特性大多是不振荡的

被控对象的阶跃响应曲线通常是单调曲线,被控变量的变化比较缓慢(与机械系统、电系统相比)。工业被控对象的幅频特性相频特性随着频率的增加都向下倾斜。

2.被控对象的动态特性大多具有迟延特性

因为调节阀动作的效果往往需要经过一段迟延时间后才会在被控变量上表现出来。迟延的主要来源是多个容积的存在,容积的数目可能有几个甚至几十个。分布参数系统具有无穷多个微分容积。容积越大或数目越多,容积迟延时间越长;有些被控对象还具有传输迟延。

3.被控对象本身是稳定的或中性稳定的

有些被控对象,如图2-1所示的单容水槽,当调节阀开度改变致使原来的物质或能量平衡关系遭到破坏后,随着被控变量的变化不平衡量越来越小,因而被控变量能够自动地稳定在新的水平。这种特性称为自平衡,具有这种特性的被控对象称为自平衡过程,其阶跃响应曲线如图2-2所示。

图2-1 自平衡特性单容水槽

图2-2 自平衡过程阶跃响应曲线

具有时间滞后的一阶自平衡过程的传递函数可表示为(www.daowen.com)

式中:K为增益;T为惯性时间常数;τ为迟延时间。

如果对于同样大的调节阀开度变化,被控变量只需稍改变一点就能重新恢复平衡,就称该过程的自平衡能力强。自平衡能力的大小用对象稳态增益K的倒数衡量,称为自平衡率,即

也有一些被控对象,如单容积分水槽,当进水调节阀开度改变致使物质或能量平衡关系破坏后,不平衡量不因被控变量的变化而改变,被控变量将以固定的速度一直变化下去而不会自动地在新的水平上恢复平衡。这种对象不具有自平衡特性,称为非自平衡过程,它是中性稳定的,就是说,其被控变量需要很长的时间才会有很大的变化。具有时间滞后的一阶非自平衡过程的传递函数可表示为

不稳定的过程是指原来的平衡一旦被破坏后,被控变量在很短的时间内就发生很大的变化。这一类过程是比较少见的,某些化学反应器就属于这一类。

4.被控对象的动态特性往往具有非线性特性

严格来说,几乎所有被控对象的动态特性都呈现非线性特性,只是程度上不同而已,如许多被控对象的增益就不是常数。除存在于被控对象内部的连续非线性特性外,在控制系统中还存在另一类非线性特性,如调节阀、继电器等元件的饱和、死区和滞环等典型的非线性特性。虽然这类非线性特性通常并不是被控对象本身所固有的,但考虑到在过程控制系统中,往往把被控对象、检测变送装置和调节阀串联在一起统称为广义被控对象,因而它包含了这部分非线性特性。

对于被控对象的非线性特性,如果控制精度要求不高或负荷变化不大,则可用线性化方法进行处理。但是,如果非线性不可忽略,则必须采用其他方法,如分段线性的方法、非线性补偿器的方法或利用非线性控制理论来进行系统的分析和设计。

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