04-自控仪表(动态特性)

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1、1.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念已了解的概念：自动控制原理对系统的基本要求过渡过程品质指标1.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念新问题的提出：怎样的系统才能满足以上基本要求？迈腾奇瑞qq枭龙米格-151.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念问题初步结论：好的自动控制系统与控制方法+能够被很好控制的工艺系统问题讨论：如何比较上述系统的优劣？任务→使过程控制系统在控制受控过程时具有稳定性、准确性和快速性1.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念前提→分析研究受控过程状态的可控性及其影响因素实施→按照受控对象所特有的客

2、观规律进行自动控制系统的软硬件设计目的→控制系统运行效果满足最终的需要问题分析不同的受控对象，在接受自动控制系统作用时，表现各不相同。1.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念分析研究受控过程的基本特性例如：水池灌水房间控温为更好地进行研究，先建立一些概念。隔离体:在过程控制中，可以把受控对象看作一个隔离体，隔离体具有自己的界面，该界面处一定有与过程控制有关的物质或能量的输入与输出。例如，水池、容积式加热器等。1.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念物量/能量平衡:在过程控制中，一定有与过程控制有关的物质或能量，通过界面进入或

3、输出隔离体，当且仅当物质或能量的流动达到平衡时，受控对象才会保持平衡稳定的过程状态。例如，水池水位的稳定，以流入及流出的水量达到平衡为前提；容积式加热器水温的稳定，一定以流入及流出的热量达到平衡为前提。1.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念物量/能量控制:在受控对象界面内，一旦物质或能量的平衡被打破，想要依靠自动控制系统改变受控过程的状态，使其达到新的平衡，就必须对流入流出受控对象的物质或能量加以控制调整。例如：水池水位变化需调整水流量；容积式加热器需调整热媒蒸汽量等。1.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念平衡时间:在过

4、程控制中，受控过程从一个平衡状态到另一个平衡状态往往需要一定的时间，这就是说，一般受控参数的变化比较缓慢，时间往往以分钟甚至小时计算。1.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念储蓄容量:因为受控对象往往具有很大的储蓄容量，而流入、流出的物质或能量的差额却往往有限。例如，对于某个受控过程的受控参数为温度时，流入、流出的热流量的差额累积起来可以储蓄在受控对象中，这时，受控对象表现为温度升高。此时受控对象的储蓄容量就是它的热容量。热容量大就意味着温度变化过程不可能很快。1.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念纯迟延/传输迟延:在过程

5、控制中，受控对象往往表现纯迟延/传输迟延特性。这是指受控过程的受控参数信号在传输过程中表现出的迟延特性。例如，对于容积式热交换器热水出口水温恒定控制过程，温度计应尽可能安装在离换热器出口最近的位置，否则就造成了不必要的纯迟延，它直接会影响到过程控制的快速性和稳定性。1.3受控对象的动态特性1.3.1基本概念1.3.2受控对象的容量特性受控对象的容量:受控对象的容量是指在受控过程中，受控对象容纳流入流出调控物质或能量的能力。1.3受控对象的动态特性1.3.2受控对象的容量特性例如，用同样流量灌注不同大小的水池，若水池容积大，则灌满

6、水池的时间就长；反之，若水池容积小，则灌满水池的时间就短。影响受控对象容量的因素:灌入同样的水量，大水池的容积充满程度变化甚微，对灌水反应迟钝；而小水池容积充满程度变化显著，对灌水反应敏感。因此，其容量与水箱的有效容积有关。1.3受控对象的动态特性1.3.2受控对象的容量特性影响受控对象容量的因素:还可得出这样的结论：在灌注流量相同时，同等有效容积的水箱，其水位变化与横截面积的大小有关。因此，当受控过程的受控参数为水位时，受控对象的容量与截面积大小有关。1.3受控对象的动态特性1.3.2受控对象的容量特性影响受控对象容量的因素:

7、（a）大容积水箱；（b）小容积水箱；（c）大截面积水箱；（d）小截面积水箱1.3受控对象的动态特性1.3.2受控对象的容量特性容量系数:仅用“容量”的概念来表达受控对象的容量特性是不准确的。因为，如果两个水池，尽管其容积相同，但其截面积却可以不同。当灌入的流量完全相等时，截面积小的水箱水位变化快，截面积大的水箱水位变化慢。因此，仅用“容量”的概念并不能确切地表达受控对象容纳调控物质或能量的能力大小。为此，必须引入一个新的概念——容量系数。1.3受控对象的动态特性1.3.2受控对象的容量特性容量系数:仍以图1．10（a）的水箱为例

8、来讨论容量系数的物理意义。当灌入流量（Qa1）与流出流量（Qa2）相等时，水箱的水位（Ha）处于平衡状态；当由于某种干扰使得灌入（Qa1=Qr）、与流出（Qa2=Qc）的流量不相等时，水箱水位就会发生变化（升高或降低），液位的变化率dh／dt与出入水箱流量的差额