轮机自动化第3章课件.ppt

任何控制对象都具有储存物质或能量的能力只有一个储 蓄容积的对象称为单容控制对象依此类推，具有两个以上储 蓄容积的控制对象则称为多容控制对象这里只讨论单容控制 对象 为方便起见，以单容水柜为例展开讨论，所得结论同样适 用于其他物理类型的控制对象如热容、气容和电容等单容控制对象,ST,,,,,,Fig.3-1,Fig. 3-1 单容控制对象（水柜）示意图,ST,,,,,,1 容量系数与阻力系数 2 自平衡率 3 纯延迟 4 单容控制对象的数学模型,单容控制对象,ST,,,,,,研究内容：,,对象传递函数,,,1 容量系数与阻力系数,ST,,,,,,,,h,F,,,,,,h,F,,现象1：,不同大小的水柜容纳水的能力不同1 容量系数与阻力系数,ST,,,,,,容量系数（C）：被控量变化一个单位时对象所容纳的物质或能量的变化量因此单容水柜的容积系数就是其截面积A1 容量系数与阻力系数,从以上分析可知：容量系数与被控量变化成反比，即：C被控量变化慢呈现较大的惯性，C被控量变化快呈现较小的惯性 因此，控制对象的惯性是由对象的容量系数产生的一个重要的动态特性1 容量系数与阻力系数,ST,,,,,,现象2：,加大给水量Q1，导致液位h上升。

原因：存在阻力同时，液位h上升又将克服阻力，使Q2增大，直至Q2=Q1 为使流量增大Q ，阻力越大，所需增加的h也越大1 容量系数与阻力系数,ST,,,,,,阻力系数（R）：推动物质（或能量）流动的压力（如液位 差，温差，电位差，气压差）与因此而产 生的物质流或能量流之比END,2 自平衡率,ST,,,,,,自平衡率：,自平衡特性：控制对象在受到扰动后，被控量的变化将引起物质或能量的流量产生变化，从而使自身恢复到平衡状态Q2 +Q,,,,,,,,,,2,,,Q1+Q,,,,,,,,1,,,h,F,,,h,,END,3 纯延迟,ST,,,,,,纯迟延（）：由于传输距离导致被控量的变化比控制量的 变化所落后的时间长度3 纯延迟,ST,,,,,,,,,,,,,,0,0,u,h,t,t,,u,3 纯延迟,ST,,,,,,实际的控制对象往往存在纯迟延，通常将其视作由一个独立的环节，即纯迟延环节，它与控制对象相串联Q1(s),Q1(s),1 CS,,,,,h,1 R,,,,,,+,,Q2(s),END,3 纯延迟,传递时延对控制的影响： 若时延在控制侧，造成控制作用不能及时引 起被控量的变化，易产生过调。

若时延在负载侧，则负载变化产生的被控量 的偏差信号不能及时使控制器动作，容易造 成被控量变化过大 因此，时延对控制是一种不利因素在设计 控制系统采用主要设备时，应尽量减少控制 对象的传递时延,4 单容控制对象的数学模型,ST,,,,,,根据,得：,其中，,因此，,单容控制对象的微分方程,4 单容控制对象的数学模型,ST,,,,,,一阶惯性环节,单容控制对象的传递函数,4 单容控制对象的数学模型,ST,,,,,,单容控制对象的阶跃响应,4 单容控制对象的数学模型,ST,,,,,,放大系数K和时间常数T的物理意义：,放大系数K是当对象达到稳态时把输入量放大的倍数4 单容控制对象的数学模型,时间常数T是对象输出以最大变化速度达到新稳态值所需的时间被控量变化的速度与时间常数T成反比T是表示控制对象惯性的参数放大系数K和时间常数T的物理意义：,4 单容控制对象的数学模型,ST,,,,,,放大系数K和时间常数T的求法：,,,,,,,,,,T,令t=T，则,,,4 单容控制对象的数学模型,ST,,,,,,分析,4 单容控制对象的数学模型,ST,,,,,,分析1,可见，控制对象之所以存在放大系数是由于阻力系数R所至，R越大，K也越大，其自平衡率越小。

当R时，自平衡率0，控制对象成为一个积分环节4 单容控制对象的数学模型,对控制对象，如果K灵敏度高（被控量对控制作用的响应较快），但稳定性差4 单容控制对象的数学模型,分析2 ： T=CR 影响T的因素之一为C： 若C1C2，则在t0时 刻，C1的上升速度小于 C2，即CT时，说 明对象抵抗输入作用变 化或扰动变化的能力变 大（相当于动态偏差小）,4 单容控制对象的数学模型,分析3 T=CR 影响T的因素之二为R： RT，但由于初始时水 位变化速度与R无关而只是影 响水位的最终稳态值 因此，R2R1T2T1时， 过度过程的初始上升速度一 致，但最终稳态值不同（说 明起始点后的上升速度较 快，曲线更陡，相当于对象 抵抗扰动的能力降低）,4 单容控制对象的数学模型,归纳以上分析，总结容量系数C和阻力系数R对 时间常数T影响的区别： C、R变化，均能使T变化，使过度过程时间发生变化 CT被控量变化较慢抵抗扰动的能力强 而RT初始时被控量变化速度不变，初始后变化速度较快抵抗扰动的能力降低,。