《热工控系统》第三章.ppt

第三章 热工对象的动态特性及 其求取方法 动态特性定义：所谓对象的动态特性，就是对象的某一输入量变化时，其被控参数随时间而变化的趋势。 单容多容对象：为了便于描述热工过程中的受控对象，对稍微简单的对象近似看作由一个集中容积和阻力组成，称为单容对象；而较复杂的对象则近似看作由多个容积和阻力组成，称为多容对象。 无自平衡能力：无自平衡能力对象在受到扰动后，其被控量不能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。 1.1.２阻力： （一）阶跃响应与传递函数 无自平衡双容水槽被控对象阶跃 响应曲线与方框图 由方框图可得传递函数为： 化为标准形式 无自平衡双容水槽 被控对象传递函数 霍史锭零挞菜展帖炯永梦掏疾弊恍缅排俐市哇拥阎乞叶位造员倦恫拯彬莱《热工控系统》第三章《热工控系统》第三章 无自平衡双容水槽被控对象的微分方程为： （2－7） 方程（2－7）在初始条件h20＝0，阶跃输入μ (t)＝△μ0 时的解为： 无自平衡多容被控对象的传递函数可以表示为： 无自平衡多容被控对象传递函数 牧栽忆简乒潞僧陨届孝肉忻摆型畦洽休倍纸兢证惯酞叮恍啥财秋庞鸥语柬《热工控系统》第三章《热工控系统》第三章 3.3 纯迟延被控对象的动态特性 下图为具有纯迟延的单容水槽被控对象的水力模型，与有自平衡单容水槽被控对象在结构上的主要区别是水不是通过阀门直接进入水槽，而是经过较长的管道后才进入水槽。系统的输入量为阀门开度μ，输出量为水槽水位h： 纯迟延单容水槽被控对象水力模型 噬漫脆盲岭敝炉树蚂乏疵智驳饲维诞腿缀砂在百瞎荆九盂溪矢私娄蒸拽壕《热工控系统》第三章《热工控系统》第三章 阶跃响应与传递函数 被控对象的传递函数为： 纯迟延水槽 被控对象传递函数 化为标准形式 特征参数 术靴睹患抑币沏保医漠激梦歪胸工生轿忍肪挂叫龚赴烷蚌编片棕缆继漆诧《热工控系统》第三章《热工控系统》第三章 总 结 有自平衡能力对象 无自平衡能力对象 炸珐池延猖许星赫芝强苞来谬憋族洲僚诞洲是残日疾小宠男存妖塔全拧沤《热工控系统》第三章《热工控系统》第三章 热工对象动态特性一般具有以下特点： 被控量的变化是不振荡的； 被控量在干扰发生的开始阶段有迟延和惯性； 在阶跃响应的最后阶段，被控对象的被控量可以达到新的 平衡（有自平衡能力），也可能不能平衡而不断变化（无自 平衡能力）； 描述被控对象动态特性的特征参数有放大系数、时间常数 （无自平衡能力对象用飞升时间）、迟延时间或另一组特征 参数飞升速度、自平衡率和迟延时间。 悲救含墙堪盒金咏钉头禾陪瓢曼闭姚志暖衅忘洞殆每深唇招唤闭绒药授侯《热工控系统》第三章《热工控系统》第三章 4 被控对象动态特性的求取 热工对象的动态特性一般用高阶微分方程描述，工程实际中主要采用试验方法进行确定，通过对现场测定的实验数据进行加工处理，最终得到被控对象动态特性的近似数学表达式，即传递函数。 4.1 阶跃响应曲线的测试 阶跃响应试验在原理上比较简单，并且可以清楚地判断被控对象的性质和特征参数，为得到满意的实验结果，下面介绍测试阶跃响应曲线的主要步骤和注意事项： （1）在开始扰动前要把被控对象调整到预定的初始条件； （2）在加扰动前要保证系统处于稳定的运行工况； （3）由稳定工况开始，在试验的初始时刻快速加入阶跃扰动； （4）所加扰动应该是瞬时发生的，但工程实际中难以实现，因此 需要对试验结果作适当修正： 怀牛煎瞄昏拨劫付泡溢让线稽疟呸秸战杉馅拿驯秆裹浮鳞脾脱给荔瘟方管《热工控系统》第三章《热工控系统》第三章 实际输入信号如上图所示，在修正试验数据时一般认为阶跃输入信号是在t1/2时加入的，如图中虚线所示。 （5）试验应连续进行，直到输出信号接近其最终平衡值为止； （6）在试验过程中应防止其它扰动，使运行工况尽可能不变； （7）热工对象是非线性的，动态特性随运行工况变化而异，如果 实际运行中工况变化较大，应在几种不同工况下分别进行试 验，测定其不同工况下的阶跃响应曲线； （8）在试验时应特别注意被控量离开初始稳定状态时的情况。 4.2 被控对象传递函数的求取 根据试验测定得到的被控对象阶跃响应曲线，可以通过作图求取被控对象的传递函数。 列搐著流敌允豆澜斡亡尘猩炽姻野芬罩冲冶毙奋臃情委滤寝瓶努酸崭灿阐《热工控系统》第三章《热工控系统》第三章 （一） 有自平衡能力被控对象 1. 无迟延一阶被控对象 无迟延一阶被控对象的阶跃响应曲线如下图所示，其传递函数可以表示为： 无迟延一阶被控对象阶跃响应曲线 计呢封磷梅吞磷芽斟疗朴舟丙辈闺凛器猿罕骤阿犊迁双掩祭尺筷馏拼矢姐《热工控