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1、一、了解对象动态特性的意义一、了解对象动态特性的意义一、了解对象动态特性的意义一、了解对象动态特性的意义 1. 1. 热热工工对对象象是是热热工工自自动动控控制制系系统统的的重重要要组组成成部部分分，要要设设计计一一个个合合理理的的控控制制系系统统，必必须须了了解解对对象象的动态特性的动态特性; ; 2. 2. 要要确确定定出出控控制制器器的的最最佳佳整整定定参参数数，也也必必须须了解对象的动态特性。了解对象的动态特性。 3. 3. 了了解解对对象象的的动动态态特特性性，还还可可以以对对新新设设计计的的工工艺艺设设备备提提出出要要求求，使使之之满满足足所所需需要要的的动动态态特特性性，为设计满
2、意的控制系统创造先决条件。为设计满意的控制系统创造先决条件。第二章 热工对象动态特性二、相关概念二、相关概念二、相关概念二、相关概念1. 1. 1. 1. 对对对对象象象象的的的的动动动动态态态态特特特特性性性性: : : : 就就是是对对象象的的某某一一输输入入量量变变化化时时，其其被被控控参参数数随随时时间间变变化化的的规规律律。其其取取决决于于工工艺艺设设备备的的结构、运行条件和内部物理的（或化学的）过程。结构、运行条件和内部物理的（或化学的）过程。2. 2. 2. 2. 理理理理论论论论建建建建模模模模：可可以以用用机机理理分分析析的的方方法法导导出出对对象象的的动动态态特性；特性；3
3、. 3. 3. 3. 实实实实验验验验建建建建模模模模：用用实实验验的的方方法法获获取取对对象象的的动动态态特特性性，是是工工程程中中常常用用的的建建模模方方法法，目目前前有有时时域域法法、频频域域法法和和相相关统计法等。关统计法等。 4. 4. 4. 4. 时时时时域域域域法法法法：是是在在对对象象的的输输入入端端加加一一阶阶跃跃扰扰动动，记记录录响响应应曲曲线线，经经数数据据处处理理求求得得对对象象的的传传递递函函数数，这这种种方方法法的特点是简单适用，的特点是简单适用，因此为工程中所广泛采用因此为工程中所广泛采用。 5. 5. 5. 5. 频域法：频域法：频域法：频域法：用通过实验求得对
4、象的频率特性来研用通过实验求得对象的频率特性来研究对象的动态特性。但对一些惯性大的对象则因试究对象的动态特性。但对一些惯性大的对象则因试验时间很长而影响生产的正常进行，因此，这种频验时间很长而影响生产的正常进行，因此，这种频域法用的较少。域法用的较少。6. 6. 6. 6. 相关统计法：相关统计法：相关统计法：相关统计法：是在对象的输入端加一伪随机信号，是在对象的输入端加一伪随机信号，用相关计算求得对象的脉冲响应函数，这种方法的用相关计算求得对象的脉冲响应函数，这种方法的最大优点是不影响生产，因而越来越受到人们的重最大优点是不影响生产，因而越来越受到人们的重视。视。三、影响对象动态特性的结构性
5、质三、影响对象动态特性的结构性质三、影响对象动态特性的结构性质三、影响对象动态特性的结构性质 影响对象动态特性的主要特征参数有容量系数、阻影响对象动态特性的主要特征参数有容量系数、阻力和传递延迟，称为大多数对象所共有的结构性质。力和传递延迟，称为大多数对象所共有的结构性质。 1 1 1 1、容量系数、容量系数、容量系数、容量系数 衡量对象储存物质（或能量）能力的一个特征参数。衡量对象储存物质（或能量）能力的一个特征参数。 2、阻力、阻力、阻力、阻力 物质（或能量）在传输过程中总是要遇到或大或小物质（或能量）在传输过程中总是要遇到或大或小的阻力，因此需给予推动物质（或能量）流动的压差的阻力，因此
6、需给予推动物质（或能量）流动的压差（如电位差、水位差、温度差等）。（如电位差、水位差、温度差等）。 对象的自平衡：对象的自平衡：对象的自平衡：对象的自平衡：不需要外来作用只依靠对象自身不需要外来作用只依靠对象自身来恢复平衡的现象。显然，来恢复平衡的现象。显然，对象的阻力对象的阻力使之在动态过使之在动态过程中表现出自平衡能力。程中表现出自平衡能力。 3 3、传输迟延、传输迟延、传输迟延、传输迟延 被调量的变化时刻落后于扰动发生时刻的现象称被调量的变化时刻落后于扰动发生时刻的现象称为对象的传递迟延。由于迟延是物质（或能量）在传为对象的传递迟延。由于迟延是物质（或能量）在传输过程中因传输距离的存在而
7、产生，所以又称为传输输过程中因传输距离的存在而产生，所以又称为传输迟延或纯迟延。迟延或纯迟延。 在设计主设备及其控制系统时，应尽量避免或减小在设计主设备及其控制系统时，应尽量避免或减小在设计主设备及其控制系统时，应尽量避免或减小在设计主设备及其控制系统时，应尽量避免或减小对象的传输迟延。对象的传输迟延。对象的传输迟延。对象的传输迟延。1. 1. 1. 1. 有自平衡能力对象：有自平衡能力对象：有自平衡能力对象：有自平衡能力对象：不需要外来作用只依靠对象自不需要外来作用只依靠对象自身来恢复平衡，具有这种能力的被控对象。身来恢复平衡，具有这种能力的被控对象。2. 2. 2. 2. 无自平衡能力对象
8、：无自平衡能力对象：无自平衡能力对象：无自平衡能力对象：在受到扰动后，其被调量不能在受到扰动后，其被调量不能依靠对象自身能力使之趋于某一稳定值，而不管对依靠对象自身能力使之趋于某一稳定值，而不管对象的容积多少及容量系数的大小。象的容积多少及容量系数的大小。四、热工对象的动态特性四、热工对象的动态特性四、热工对象的动态特性四、热工对象的动态特性 热工对象具有以下特点：热工对象具有以下特点：热工对象具有以下特点：热工对象具有以下特点： （1 1）被调量的变化大多是不振荡的。）被调量的变化大多是不振荡的。 （2 2）被调量在干扰发生的开始阶段有迟延和惯性。）被调量在干扰发生的开始阶段有迟延和惯性。
9、（3 3）在响应曲线的最后阶段，被调量可能达到一个）在响应曲线的最后阶段，被调量可能达到一个新的平衡状态（对象有自平衡能力），也可能不断变化新的平衡状态（对象有自平衡能力），也可能不断变化而无法进入平衡状态（对象无自平衡能力）。而无法进入平衡状态（对象无自平衡能力）。 （4 4）描述对象动态特性的特征参数有：放大系数）描述对象动态特性的特征参数有：放大系数 、时间常数、迟延时间。时间常数、迟延时间。 五、阶跃响应曲线求取对象传递函数五、阶跃响应曲线求取对象传递函数五、阶跃响应曲线求取对象传递函数五、阶跃响应曲线求取对象传递函数 时时域域法法是是目目前前应应用用最最多多的的一一种种方方法法，其其
10、主主要要内内容容是是：给给对对象象人人为为加加一一阶阶跃跃扰扰动动，记记录录下下响响应应曲曲线线，然然后后根据该响应曲线求取对象的传递函数。根据该响应曲线求取对象的传递函数。 由由阶阶跃跃扰扰动动作作用用下下的的对对象象的的动动态态特特性性为为阶阶跃跃响响应应曲曲线线，即即飞飞升升曲曲线线。阶阶跃跃响响应应曲曲线线能能比比较较直直观观的的反反映映对对象象的的动动态态特特性性；其其次次特特征征参参数数直直接接取取自自记记录录曲曲线线而而无无需需经经过中间转换，试验方法也很简单。过中间转换，试验方法也很简单。1 1 1 1、阶跃响应曲线的测定、阶跃响应曲线的测定、阶跃响应曲线的测定、阶跃响应曲线的
11、测定 在在系系统统处处于于稳稳定定工工况况下下通通过过手手动动或或摇摇控控装装置置使使调调节节阀阀作作一一次次阶阶跃跃变变化化；与与此此同同时时，记记录录表表记记录录下下扰扰动动量量和和被调量的变化过程。被调量的变化过程。 （1 1 1 1）扰扰扰扰动动动动量量量量的的的的确确确确定定定定。扰扰动动量量应应足足够够大大，减减小小其其它它干干扰扰信信号号对对测测试试结结果果的的相相对对影影响响。然然而而扰扰动动量量又又不不宜宜过过大大，过过大大的的扰扰动动量量会会使使对对象象本本身身的的非非线线性性因因素素增增大大，有有时时还还会会影影响响生生产产设设备备的的正正常常运运行行。通通常常，扰扰动动
12、量量一一般般为为对对象象额定负荷下的额定负荷下的10%10%15%15%。（2 2 2 2）试试试试验验验验前前前前应应应应将将将将对对对对象象象象调调调调整整整整到到到到所所所所需需需需工工工工况况况况，并并并并保保保保持持持持稳稳稳稳定定定定运运运运行行行行一一一一段段段段时时时时间间间间。如如果果作作负负荷荷上上升升扰扰动动试试验验，则则应应将将对对象象输输出出调调整整到到允允许许变变动动范范围围的的下下限限值值（或或上上限限值值）；反反之之，则则应应将将对对象象输输出出调调整整到到允允许许变变动动范范围围的的上上限限值值（或或下下限限值）。值）。（3 3 3 3）扰扰扰扰动动动动加加加
13、加入入入入时时时时应应应应尽尽尽尽量量量量的的的的快快快快。设设扰扰动动开开始始到到结结束束所所花花时间为时间为 ，在处理试验数据时一般认为扰动是在，在处理试验数据时一般认为扰动是在 时刻加入的。时刻加入的。（4 4 4 4）要要要要仔仔仔仔细细细细记记记记录录录录阶阶阶阶跃跃跃跃响响响响应应应应曲曲曲曲线线线线的的的的起起起起始始始始部部部部分分分分，因因为为这这一一部部分分数数据据的的准准确确性性对对确确定定对对象象动动态态特特性性参参数数的的影影响响很很大大。对对有有自自平平衡衡能能力力对对象象，试试验验过过程程应应在在输输出出信信号号达达到到新新的的稳定值时结束。稳定值时结束。（5 5
14、 5 5）试试试试验验验验应应应应在在在在主主主主要要要要运运运运行行行行工工工工况况况况下下下下（如如如如额额额额定定定定负负负负荷荷荷荷、平平平平均均均均负负负负荷荷荷荷）进进进进行行行行，每每一一工工况况下下应应重重复复几几次次，至至少少要要得得到到两两条条基基本相同的曲线，以消除偶然性干扰的影响。本相同的曲线，以消除偶然性干扰的影响。（6 6 6 6）应应应应进进进进行行行行正正正正反反反反两两两两个个个个方方方方向向向向的的的的试试试试验验验验，以以检检验验对对象象的的非非线线性性。线线性性对对象象在在正正向向扰扰动动和和反反向向扰扰动动下下，两两条条响响应应曲曲线线应该是一样的。应
15、该是一样的。2 2、有自平衡对象传递函数的求取、有自平衡对象传递函数的求取 高阶对象的阶跃响应曲线呈“S”形，即响应起始段具有明显的迟延，曲线中间存在拐点，曲线最终趋于某一常量。 或或 1.切线法切线法放大系数放大系数K K的确定方法仍由对象输出、输入值的确定方法仍由对象输出、输入值（稳态值）之比来求得。采用切线法求取时间常（稳态值）之比来求得。采用切线法求取时间常数数T T和阶次和阶次n n。过拐点过拐点P P作切线，切线交水平线于作切线，切线交水平线于M M，交时间轴于，交时间轴于L L， 图图图图. . . . 标称化的单位阶跃曲线标称化的单位阶跃曲线标称化的单位阶跃曲线标称化的单位阶跃
16、曲线 2 2两点法两点法 设设二阶对象二阶对象的传递函数形式为：的传递函数形式为： 图图图图. . . . 两点法两点法两点法两点法 作曲线的水平线作曲线的水平线 ，并找出，并找出 ， 两点对应的时间两点对应的时间 t t1 1、t t2 2。对于高阶对象：对于高阶对象： 3 3 3 3、无自平衡能力对象传递函数的求取、无自平衡能力对象传递函数的求取、无自平衡能力对象传递函数的求取、无自平衡能力对象传递函数的求取传递函数形式为传递函数形式为 由由阶阶跃跃响响应应曲曲线线求求取取无无自自平平衡衡能能力力对对象象的的传传递递函函数数是是首首先先做做响响应应曲曲线线直直线线段段的的渐渐近近线线，该该渐渐近线交时间轴于近线交时间轴于L L，交纵轴于，交纵轴于h h。图图图图. . . . 无自平衡能力对象特征参数求取无自平衡能力对象特征参数求取无自平衡能力对象特征参数求取无自平衡能力对象特征参数求取
