现代检测与控制技术 教学课件 作者 张志君 于海晨 宋彤 编著现代测控技术 第10章课件.ppt

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1、现代测控技术电信学院先进控制技术研究所第十章自动控制系统常规过程控制系统2组态软件使用简介4计算机过程控制系统33被控对象建模与特性分析3110.1被控对象建模与特性分析用微分方程描述对象模型根据系统的机理分析，列写系统微分方程的步骤:(1)确定系统的输入、输出变量；(2)从输入端开始，按照信号的传递顺序，依据各变量所遵循的物理、化学等定律，列写各变量之间的动态方程，一般为微分方程组；(3)消去中间变量，得到输入、输出变量的微分方程；(4)标准化：将与输入有关的各项放在等号右边，与输出有关的各项放在等号左边，并且分别按降幂排列，最后将系数归化为反映系统动态特性的参数，如时间常数等。10.1被控

2、对象建模与特性分析例题：列写如图10.1所示的RC电路的数学模型。(1)确定输入输出变量输入变量ein、输出变量eout(2)按机理列写方程(3)消去中间变量(4)标准化RCeoutein图10.1RC电路i10.1被控对象建模与特性分析一阶惯性环节的特性：此环节中含有一个独立的储能元件，以致对突变的输入来说，输出不能立即复现，存在时间上的延迟。一阶惯性环节数学模型：T称为时间常数，相当于阻力系数R和容量系数C的乘积K称为放大倍数10.1被控对象建模与特性分析方程求解：对于一阶微分方程当输入x是阶跃函数：x=0当t≤0x=A当t>0初始条件为0的解x0tAy0tKA图10.2一阶对象的阶跃响应

3、曲线请关注三个时刻的特征t=0、t=T、t=∞10.1被控对象建模与特性分析计算：T的物理意义：输出参数若始终以初始变化速率变化，经过时间T后，可达到新稳态值；或者说输出参数受到阶跃变化影响时，经过时间T后，输出参数变化了新稳态值的0.632倍。因此，称T为时间常数。10.1被控对象建模与特性分析思考题：根据已有的一阶对象阶跃响应曲线，如何确定时间常数T？y0tKA图10.3通过一阶对象的阶跃响应曲线确定Ty0tKATT切线法0.632法思考题：根据已有的一阶对象阶跃响应曲线，如何确定放大倍数K？10.1被控对象建模与特性分析特性1:输入参数作阶跃变化后，输出参数具有单调变化的特点。输出参数在

4、开始变化的瞬间具有最大的变化速度，随着时间的增加而变化速度逐渐减小；当时间趋于无穷大时，变化速度趋于0，输出参数达到新稳态值。特性2:时间常数T是影响一阶对象输出参数变化速率的特征参数，反映了对象的动态性能。T越大，输出参数变化越慢；T越小，输出参数变化越快。10.1被控对象建模与特性分析特性3:输出参数变化后的新稳态值是输入参数变化幅值的K倍，反映了对象的稳态性能。称K为放大倍数，它是影响新稳态值的唯一参数。因此，一阶对象的特征，通常可以用时间常数T和放大倍数K两个参数来表示。10.1被控对象建模与特性分析控制系统方框图中，描述一个环节：自动控制原理中常用传递函数来描述输入输出关系a0yn(

5、t)+a1yn-1(t)+..+any(t)=b0xm(t)+b1xm-1(t)+..+bmx(t)假设初始条件为0，将微分方程式的两端进行拉式变换得到：(a0sn+a1sn-1+..+an)Y(s)=(b0sm+b1sm-1+..+bm)X(s)传递函数G(s)==环节XYY(s)X(s)G(s)Gb0sm+b1sm-1+..+bma0sn+a1sn-1+..+an10.1被控对象建模与特性分析一阶对象的传递函数为：10.1被控对象建模与特性分析在计算机控制系统中，常使用差分方程形式：h:两次采样的时间间隔x[k],[k]:第k次采样的x和y值y[k-1]:第k-1次采样的y值10.1被控对

6、象建模与特性分析如果选取K=1，令则：在工程中常选取时间常数T/10作为采样时间h，迭代计算时:XY10.1被控对象建模与特性分析用C语言程序实现floatT,h,a,b,y,y1,x;T=10;h=T/10;K=1a=T/(T+h);b=K*(1–a);y=0;/*给y赋值为原稳态值*/y1=y;/*给y1赋值为原y值*/x=1;/*假设输入是开环阶跃信号*/y=a*y1+b*x;y1=y;用系统的实际输入值迭代计算部分10.1被控对象建模与特性分析作业：用计算机模拟一阶对象，观察阶跃输入信号作用下的输出数据变化过程曲线。（T=10，K=2,h=1，阶跃输入幅值A=5）分析T和K对系统输出曲

7、线形态的影响。可用的工具软件：C语言、MATLAB、simulink10.2常规过程控制系统常规过程控制系统使用常规仪表(气动、DDZⅡ、DDZⅢ)组成的过程控制系统。分为简单控制系统和复杂控制系统简单控制系统指由一个测量变送器、一个控制器、一个执行器和一个被控对象组成的单回路闭环反馈控制系统。复杂控制系统结构上比简单控制系统复杂或具有特殊的控制目的控制系统，常为多回路控制系统。10.2常规过程控