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2.3 描述过程特性的参数

描述过程特性的参数用放大系数 K 、时间常数 T 、滞后时间 τ 三个物理量来定量的表示。

放大系数 K 的物理意义:如果有一定的输入变化量Δ Q 作用于过程,通过过程后将被放大 K 倍,变为输出变化量Δ W 。在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变化量之比。由于放大系数 K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系,所以放大系数是描述对象静态特性的参数。

时间常数 T 的物理意义:是指当对象受到阶跃输入作用后,被控变量如果以初始速度变化,达到新的稳态值所需的时间。或者是当对象受到阶跃输入作用后,被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间。时间常数 T 是反映被控变量变化快慢的参数,因此它是对象的一个重要的动态参数。

滞后时间 τ 的物理意义:是纯滞后时间和容量滞后时间的总和。输出变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间,纯滞后一般是由于介质的输送或热传递需要时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。滞后时间也是反映对象动态特性的重要参数。

过程通道是被控过程输入量与输出量的信号联系,过程通道的特性是由过程特性的参数决定的,如图2-4所示。

控制通道:被控变量与控制变量之间的关系。

扰动通道:扰动变量与被控变量之间的关系。

图2-4 过程通道

2.3.1 放大系数 K 对系统的影响

1.控制通道

放大系数越大,控制变量的变化对被控变量的影响就越大,即控制作用对扰动的补偿能力就越强,有利于克服扰动的影响,余差也就越小;反之,放大系数小,控制作用的影响不显著,被控变量变化缓慢。但放大系数过大,会使控制作用对被控变量的影响过强,进而使系统稳定性下降。

2.扰动通道

放大系数越大,当扰动频繁出现且幅度较大时,被控变量的波动就会越大,使得最大偏差也增大;而放大系数小,即使扰动较大,对被控变量也不会产生多大影响。

2.3.2 时间常数 T 对系统的影响

时间常数 T 是标志系统动态过程响应快慢的参数,如图2-5所示。曲线 A 2 的时间常数大于曲线 A 1 的时间常数。

图2-5 不同时间常数的系统输出响应

1.控制通道

T 大,则系统响应平稳,系统较稳定,但调节时间长; T 小一点对控制有利,若时间常数太小,则被控变量的变化速度快,控制过程比较灵敏,不易控制。时间常数太大或太小,对控制都不利。

2.扰动通道

当时间常数 T 大时,扰动作用比较平缓,被控变量的变化也比较平稳,过程较易控制。

2.3.3 滞后时间 τ 对系统的影响

1.控制通道

由于存在滞后时间,所以控制作用总是落后于被控变量的变化,从而使被控变量的最大偏差增大,控制质量下降。而且滞后时间越大,控制质量越差。

2.扰动通道

对于扰动通道,如果存在纯滞后,相当于扰动延迟了一段时间才进入系统,并不影响控制系统的品质。如果扰动通道中存在容量滞后,可使阶跃扰动的影响趋于缓和,对控制系统是有利的。 cLIz3LJOtX+IqXhaUY4kYvRzZyLhfj6xi/dCJ1urqmVrkCR8KEWD3Iv8QkHu99Zj

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