最新第二章被控对象的特性
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⾃动控制原理第⼆章复习总结(第⼆版)第⼆章过程装备控制基础本章内容:简单过程控制系统的设计复杂控制系统的结构、特点及应⽤。
第⼀节被控对象的特性⼀、被控对象的数学描述(⼀)单容液位对象1.有⾃衡特性的单容对象2.⽆⾃衡特性的单容对象(⼆)双容液位对象1.典型结构:双容⽔槽如图2-5所⽰。
图2-5 双容液位对象图2-6 ⼆阶对象特性曲线2.平衡关系:⽔槽1的动态平衡关系为:3.⼆阶被控对象:1222122221)(Q K h dt dh T T dt h d T T ?=+++式(2-18)就是描述图2-5所⽰双容⽔槽被控对象的⼆阶微分⽅程式。
称⼆阶被控对象。
⼆、被控对象的特性参数(⼀)放⼤系数K(⼜称静态增益)(⼆)时间常数T(三)滞后时间τ(1).传递滞后τ0(或纯滞后):(2).容量滞后τc可知τ=τ0+τc。
三、对象特性的实验测定对象特性的求取⽅法通常有两种:1.数学⽅法2.实验测定法(⼀)响应曲线法:(⼆)脉冲响应法第⼆节单回路控制系统定义:(⼜称简单控制系统),是指由⼀个被控对象、⼀个检测元件及变送器、⼀个调节器和⼀个执⾏器所构成的闭合系统。
⼀、单回路控制系统的设计设计步骤:1.了解被控对象2.了解被控对象的动静态特性及⼯艺过程、设备等3.确定控制⽅案4.整定调节器的参数(⼀)被控变量的选择(⼆)操纵变量的选择(三)检测变送环节的影响(四)执⾏器的影响⼆、调节器的调节规律1.概念调节器的输出信号随输⼊信号变化的规律。
2.类型位式、⽐例、积分、微分。
(⼀)位式调节规律1.双位调节2.具有中间区的双位调节3.其他三位或更多位的调节。
(⼆)⽐例调节规律(P )1.⽐例放⼤倍数(K )2.⽐例度δ3.⽐例度对过渡过程的影响(如图2-24所⽰)4.调节作⽤⽐例调节能较为迅速地克服⼲扰的影响,使系统很快地稳定下来。
通常适⽤于⼲扰少扰动幅度⼩、符合变化不⼤、滞后较⼩或者控制精度要求不⾼的场合。
(三)⽐例积分调节规律(PI )1.积分调节规律(I )(1)概念:调节器输出信号的变化量与输⼊偏差的积分成正⽐==?t I t I dt t e T dt t e K t u 00)(1)()(式中:K I 为积分速度,T I 为积分时间。
过程装备控制技术及应用习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化?生产过程自动化主要包含了哪些内容?答:利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。
主要包含:①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成?自动控制系统常用的术语有哪些?答:一个自动控制系统主要有两大部分组成:一部分是起控制作用的全套自动控制装置,包括测量仪表,变送器,控制仪表以及执行器等;另一部分是自动控制装置控制下的生产设备,即被控对象。
自动控制系统常用的术语有:被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数,即需要控制的工艺参数,如锅炉汽包的水位,反应温度;给定值(或设定值)y s——对应于生产过程中被控变量的期望值;测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值;操纵变量(或控制变量)m——受控于调节阀,用以克服干扰影响,具体实现控制作用的变量称为操纵变量,是调节阀的输出信号;干扰f——引起被控变量偏离给定值的,除操纵变量以外的各种因素;偏差信号(e)——被控变量的实际值与给定值之差,即e=y m-y s控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同?答:自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中每一个分块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特性的数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。
采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系,以便对系统特性进行分析和研究。
而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号,表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接,借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程,即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
第二章被控对象的数学模型第二章被控对象的数学模型1(什么是被控对象特性?什么是被控对象的数学模型?研究被控对象特性有什么重要意义?答:被控对象持性是指被控对象输入与输出之间的关系。
即当被控对象的输入量发生变化时,对象的输出且是如何变化、变化的快慢程度以及最终变化的数值等。
对象的输入量有控制作用和扰动作用,输出量是被控变量。
因此,讨论对象特性就要分别讨论控制作用通过控制通道对被控变量的影响,和扰动作用通过扰动通道对被控变量的影响。
定量地表达对象输入输出关系的数学表达式、称为该对象的数学模型。
在生产过程中,存在着各种各样的被控对象。
这些对象的持性各不相同。
有的较易操作,工艺变量能够控制得比较平稳,有的却很难操作,工艺变量容易产生大幅度波动,只要稍不谨慎就会越出工艺允许的范围,轻则影响生产,重则造成事故。
只有充分了解和熟悉对象特性,才能使工艺生产在最佳状态下运行。
因此,在控制系统设计时、首先必须充分了解被控对象的特性,掌握它们的内在规律,才能选择合适的被控变量、操纵变量,合适的测量元件和控制器(选择合理的控制器参数,设计合乎工艺要求的控制系统。
特别在设计新型的控制系统时。
例如前馈控制、解偶控制、自适应控制、计算机最优控制等,更需要考虑被控对象特性。
2(简述建立对象的数学模型的两种主要方法。
答:一是机理分析法。
机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析,根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)、在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。
通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型,它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。
二是实验测取法。
实验测取法是在所要研究的对象上,人为施加一定的输入作用,然后,用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律,即得到一系列实验数据或实验曲线。
然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理,求取对象的特性参数,进而得到对象的数学模型。
3(描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义?答:描述对象特性的参数分别是放大系数K、时间常数T、滞后时间τ。
第二章被控对象的数学模型第一章自动控制系统基本概念1.简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动(干扰)量、设定(给定)值和偏差的含义?答:自动控制系统中常用的几个术语其含义是:被控对象自动控制系统中,工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。
被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。
操纵变量受控制器操纵的,用以克服干扰的影响,使被控变量保持设定值的物料量或能量。
扰动量:除操纵变量外,作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。
设定值:被控变量的预定值。
偏差:被控变量的设定值与实际值之差。
2.自动控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环控制系统中按设定值的不同形式又可分为几种?简述每种形式的基本含义。
答:自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有倾向控制又有反向联系的自动控制。
如图1—1(a)即是一个闭环自动控制。
图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号,并与设定值相比较得到偏差信号,再根据偏差的大小和方向,调整蒸汽阀门的开度,改变蒸汽流量,使热物科出口温度回到设定值上。
从图l—1(b)所示的控制系统方块图可以清楚看出,操纵变量(蒸汽流量)通过被控对象去影响被控变量,而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量。
从信号传递关系上看,构成了一个闭合回路。
在闭环控制系统中,按照没定值的不同形式又可分为:(1)定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。
定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近。
以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言。
(2)随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的。
随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地、准确无误地跟踪设定值的变化而变化。
(a)(b)图1-1闭环自动控制基本结构(3)程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的,但它是一个已知的时间函数,即设定值按一定的时间程序变化。