被控对象数学模型.pdf

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1、第八章被控对象的数学模型2影响自动控制系统品质的因素有哪些？y(t)TBB‘(1+D)C(1-D)CD取0.02或0.05CA=B+C0tttdrs13:39‹#›3指出换热器温度控制系统的控制对象、被控参数、控制参数。13:39‹#›4第八章被控对象的数学模型重点内容对象的特点及其描述方法对象特性的数学模型——机理和实验模型对象的特性参数对象特性的参数的物理意义难点内容：对象特性的数学模型的建立对象特性的参数的物理意义13:39‹#›5第八章被控对象的数学模型自动控制系统由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器组成，系统的控制质量与组成系

2、统的每一个环节的特性都有着密切关系。被控对象特性对控制质量影响最大。自动控制系统的设计过程：了解对象特性及其内部规律→根据工艺对控制质量的要求设计合理的控制系统→选择合适的被控变量和操纵变量→选用合适的测量元件及控制器→自动控制系统。13:39‹#›6对象的特性：对象输入与输出之间的关系。干扰通道干扰被控量操纵量控制通道被控对象的控制通道与扰动通道13:39‹#›自衡的非振荡过程：在阶跃作用下，被控变量无须外加任何控制作用、不经振荡过程能逐渐趋于新的状态的性质，称自衡的非震荡过程。蒸汽1F1进料L出料2F2凝液h(t)θ(t)tth(θ(0)

3、0)(a)一阶(b)二阶或高阶自衡的非振荡过程‹#›无自衡非振荡过程：如果不依靠外加控制作用，不能建立起新的物料平衡状态，这种特性称为无自衡。无自衡的非振荡液位过程‹#›有自衡的振荡过程：在阶跃作用下，被控变量出现衰减振荡过程，最后趋于新的稳态值，称为有自衡的振荡过程。c(t)自衡振荡过程响应曲线‹#›具有反向特性的过程：有少数过程会在阶跃作用下，被控变量先降后升，或先升后降，即起始时的变化方向与最终的变化方向相反。ΔDHt0ΔH锅炉负荷D突变时的汽包水位H响应特性‹#›11第一节生产对象特点及其描述方法一、研究对象特性的方法研究对象特性的主要方法—

4、—数学模型法用数学的方法来定量描述对象的输入量与输出量之间的函数关系，即称为对象的数学模型。对象数学模型分静态数学模型和动态数学模型。静态数学模型是描述对象在静态时的输入量与输出量之间的关系；一般用于工艺设计与分析，产品的产量和规格确定后，通过模型计算确定：设备的结构、尺寸、工艺流程、工艺条件等。动态数学模型是描述对象在输入量改变以后输出量变化情况。用于控制，工艺流程和设备确定后，研究输入量如何影响输出量，是研究的主要内容。二、生产对象的特点：大，复杂，时间常数大，滞后大，具有非线性分布参数和时变特性，建模困难。13:39‹#›12三、用于控制的数学

5、模型和用于工艺的数学模型相同之处：基于同样的物理和化学规律，原始方程可能相同。区别：用于工艺的数学模型(一般是静态)是在产品规格和产量确定的情况下，通过模型的计算，来确定设备的结构、尺寸、工艺流程和某些工艺条件，以达到最好的经济效益。用于控制的数学模型是在工艺流程和设备尺寸等确定的情况下，研究对象的输入变量如何影响输出变量的，研究的目的是为了使所设计的控制系13:39统达到更好的控制效果。‹#›13四、控制系统数学模型的表达形式1、非参数模型表现方式：描述对象在受到控制作用或干扰作用后被控变量的变化规律，用曲线或数据表格等来表示的。特点：形象、

6、直观、易于看出其定性特性；但对系统的分析、设计困难。获得：实验测取输出量对输入量的响应直接得到。形式：阶跃反应曲线，矩形脉冲反应曲线，脉冲反应曲线，频率反应曲线等。13:39‹#›14四、控制系统数学模型的表达形式2、参数模型表示方式：用数学方程式来表示的。表示形式：描述对象输入、输出关系的数学表达式微分方程式、偏微分方程式、状态方程式，对于线性的集中参数对象，可用常系数线性微分方程来描述：any(n)(t)+an-1y(n-1)(t)+…+a1y’(t)+a0y(t)=x(t)13:39‹#›15第二节对象数学模型的建立被控对象的特性对

7、控制质量的影响很大，是确定控制方案的主要依据。只有先了解对象的特性，即内在规律，才能根据工艺对控制质量的要求：设计合理的控制系统；选择合适的被控变量和操纵变量；选择合适的测量元件及控制器。被控对象的数学建模即对象特性的数学描述。被控对象的输入、输出量如图所示。13:39‹#›16一、研究对象特性的框图输入量：干扰和控制作用看作对象的输入量。通道：由对象的输入变量至输出变量的信号联系。通道不同，特性不同控制通道：控制作用至被控变量的信号联系。图对象的输入-输出量干扰通道：干扰作用至被控变量的信号联系。干扰作用和控制作用都是引起被控变量变化的

8、因素。13:39‹#›17二、建模目的(1).控制