被控对象动态特性分析

2被控对象的动态特性过程控制中应用最多的，也是最基本的控制系统如图5. 1所示。图5.1过程控制系统结构图图中，Gc(s)是控制器的传递函数，G“(s)是执行机构的传递函数，Gm(s)是测吊变送器的传

5. 2 被控对象的动态特性 过程控制中应用最多的，也是最基本的控制系统如图5.1所示。 图5.1过程控制系统结构图 图中，Gc(s)是控制器的传递函数，G“(s)是执行机构的传递函数，Gm(s)是测吊变送器的传递函数，G「(S) 是被控对象的传递函数。图5.1中，控制器，执行机构、冽J；女送居都属「自动化仪表，他们都是围绕被 控对象工作的。也就是说，一个过程控制的控制系统，是围绕被控现象而组成的，被控对象是控制系统的主 体。因此，对被控对象的动态特性进行深入了解是过程控制的一个重要任务。只有深入了解被控对象的动 态特性，了解他的内在规律，了解被控辩量在各种扰动下变化的情况，才能根据生产工艺的要求，为控制系 统制定一个合理的动态性能指标，为控制系统的设计提供一个标准。性能指标顶的偏低，可能会对产品的 质量、产量造成影响。性能指标顶的过高，可能会成不必要的投资和运行费用，甚至会影响到设备的寿命。 性能指标确定后，设计出合理的控制方案，也离不开对被控动态特性的r解。不顾被控对象的特点，百目进 行设计，往往会导致设计的失败。尤其是•些复杂控制方案的设计，不清楚被控对象的特点根本就无法进行 设计。有了正确的控制方案，控制系统中控制器，测量变送器、执行器等仪表的选择，必须已被控对象的特 性为依据。在控制系统组成后，合适的控制参数的确定及控制系统的调整，也完全依赖与对被控对象动态 特性的了解。由此可见，在控制工程中，了解被控制的对象是必须首先做好的一项工作。 过程控制的被控对象设计的范围很广。被控对象不一定是指一个具体的设备，不少情况卜被控对象是指一 个过程。有些过程可能涉及好儿种设备，而在有些设备内部可能包括了儿个过程。 过程控制被控对象的内在机理较为复杂，由简单过程，乂存在严重非线性的过程，有多变量过程，有些被控 对象的特性随时间或工作条件而变化。对被控对象动态特性的了解，一种方法是通过分析被控对象的工作 机理，建立被控对象的数学模型。但由于连续生产过程的复杂性，完全从机理上揭示其内在规律，获得精确 的数学模型还有较大的困难。另一种方法是工程上经常使用的方法，它采用实验法来获得被控对象的数学 模型。这种方法通过测量被控对软的阶跃相应曲线(称为飞升曲线)，近似确定被控对象的数学模型，研究 被控对象的动态特性。 过程控制中大多数被控对象都具有较大的惯性和时间延迟，一般不具有振荡特性，其飞升曲线是单调变化 的。按照被控对象所含存贮元件的多少，被控对象可分为单容对象、双容对象和多容对象。按照被控变量受 扰动后的变化规律，被控对象可分为有自平衡能力的对象和无自平衡能力的对象。 6. 2.2单容对象 单容对象是指只含有一个存贮元件的被控对象。 1 .有自平衡能力的单容元件 如果被控对象在扰动作用下偏离了原来的平衡状态，在没有外部干预的情况下(指没有自动控制或人