多容对象动态特性的求取

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1、第一部分多容对象动态特性的求取控制对象是指各种具体热工设备，例如热工过程中的各种热交换器，加热炉、锅炉、贮液罐及流体输送设备等。尽管它们的结构和生产过程的物理性质很不相同，从控制的观点来看它们在本质上有许多相似之处。控制对象是自动控制系统中的一个重要组成部分。它的输出信号通常是生产过程中要求控制的被调量；它的输入信号是引起被调量变化的各种因素(扰动作用和控制作用)。对象的动态特性取决于它的内部过程的物理性质，设备的结构参数和运行条件等，原则上可以用分析方法写出它的动态方程式。但是由于一般热工对象内部过程的物理性质比较复杂，加

2、之运行过程中的一些实际条件很难全面予以考虑，因此用分析方法并不容易得到动态特性的精确数学表达式。比较常用的方法是在运行条件下通过实验来获得对象的动态特性。根据测定到的对象阶跃响应曲线，可以把它拟合成近似的传递函数，根据阶跃响应曲线求近似传递函数有很多方法，采用的传递函数在形式上也是各式各样有自平衡能力的高阶对象的阶跃响应曲线如图所示:无迟延一阶对象阶跃响应曲线选定的传递函数的形式为即采用一个n阶等容惯性环节来近似表征。上式中有三个待定的参数：放大系数K，时间常数T和阶数n，传递函数的放大系数K的求取方法按前面求取公式确定。(

3、1)作稳态值的渐近线y(∞)，则　在试验获得的阶跃响应曲线上，求得y(t1)＝0.4y(∞)及y(t2)＝0.8y(∞)时对应的时间t1、t2后，利用下式求阶数n：　利用两点法公式可知（见《热工控制系统》谷俊杰，课本62页公式）：由曲线可知放大系数K,利用两点法可确定t1，t2，利用如下公式计算对象阶次和惯性时间。上式求得的n值不是整数时，应选用与其最接近的整数。某主汽温对象不同负荷下导前区和惰性区对象动态特性如下：37%：导前区：惰性区：对于上述特定负荷下主汽温导前区和惰性区对象传递函数，可以用两点法求上述主汽温对象的传递

4、函数，传递函数形式为，利用Matlab求取阶跃响应曲线，然后利用两点法确定对象传递函数。Matlab应用如下所示:利用两点法公式可知（见《热工控制系统》谷俊杰，课本62页公式）：由曲线可知放大系数K=5.1,利用两点法可确定t1=38.1，t2=82.5，227.9=5.1即可根据阶跃响应曲线利用两点法确定其传递函数：惰性区：同理可得:K=1.051t1=395t2=582N=8T=56.5第二部分单回路系统参数整定利用第一部分建立的对象传递函数，进行参数整定。为便于分析，可以采用第一部分建立的主汽温对象的惰性区对象（为一多

5、容惯性环节）进行参数整定。本指导书以第一部分整定确定的对象为例，进行参数整定。一、临界比例带法确定调节器参数采用等幅振荡法通过试凑法逐步确定等幅振荡时比例调节器的比例增益，和计算确定的调节器参数进行比较。对于对象，计算确定将计算确定的参数=1.793,投入系统运行,系统结构如下图所示。其中In1Out1模块如下图得到：仿真后系统输出为：根据等幅振荡是比例增益和系统输出曲线确定的等幅振荡周期T=760，可以查表确定当系统衰减率φ=0.75时调节器参数=0.8538=0.0019=97.3343根据查表确定的调节器参数，投入闭环

6、运行，观察运行效果:第三部分串级控制系统参数整定一、主蒸汽温度串级控制系统参数整定本实验以某300MW机组配套锅炉的过热汽温串级控制系统为例，其原理结构图如下图所示：图3-1过热汽温串级控制系统原理结构图由上图，可得过热汽温串级控制系统的方框图如下：图3-2过热汽温串级控制系统方框图在MATLAB软件的Simulink工具箱中，打开一个Simulink控制系统仿真界面，根据图3-2所示的过热汽温串级控制系统方框图建立仿真组态图如下，其中主汽温对象选取100％负荷下的导前区和惰性区对象传递函数。图3-3过热汽温串级控制系统仿真

7、组态图上图中，惰性区对象的传递函数为:利用选中这六个模块后，选择右键CreateSubsystem即可创建对象，惰性区对象也可用上图中六个模块表示。串级控制系统参数整定步骤如下：1、首先整定内回路，即副调节器参数的整定将图3-3所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中主回路反馈系数r1设为0（即断开主回路的反馈），同时令主调节器的比例系数=1,积分系数=0,微分系数=0。将阶跃信号输出模块（Step）的终值（Finalvalue）设为过热蒸汽温度的稳态值535℃，仿真时间设为1000s，逐渐增加副调节器的比例系数，在响应曲线显示

8、器Scope1中观察温度t2的变化，使温度t2尽快达到稳定，并尽量接近稳态值419.28℃，此时的比例系数即为副调节器的比例系数为4.4457。根据副调节器参数，投入内回路闭环运行，观察运行效果:2、整定外回路，即主调节器参数的整定将图3-3所示过热汽温串级控制系统仿真组态图中主回路反馈系