测定动态特性可使用正弦波方法,所谓正弦波方法就是在所研究对象的输入端施以某个频率的正弦波信号,当输出稳定后,记录输出信号的稳定振荡波形,测出输入和输出的振荡幅度及它们的相位差。逐点测量并绘出曲线,即可测出精确的频率特性。此外,还应对所选的各个频率逐个地进行实验。
优点:方法简单,并且容易在测试过程中发现干扰的作用,因为干扰会引起正弦波的变形。
缺点:在过程控制环境中,难以得到正弦输入,需专门的功率信号源;一般测试时,时间较长,从而被调量会出现较大的零点漂移;常需要调谐式的带通滤波器。
对于简单的情况,可以通过绘制幅相频率特性或对数频率特性来确定系统的传递函数。若系统的幅相频率特性近似于半圆,则相应的传递函数便可以用一阶环节来近似。
被控过程的动态特性用频率特性来表示:
正弦波方法辨识过程数学模型步骤:
第一步:在对象的输入端加特定频率的正弦信号。
第二步:同时记录输入和输出的稳态波形(幅度与相位),如图2-29所示。
第三步:在选定范围的各个频率点上重复上述测试,便可测得该对象的频率特性。
图2-29 输入和输出的频率特性
得到被测过程的奈奎斯特图或波特图,如某最小相位系统开环对数频率特性曲线如图2-30所示,进而获得被控过程的传递函数 G ( s )。
图2-30 最小相位系统开环对数频率特性曲线
ω <1的低频段斜率为-20,故低频段为 K / S , ω >1时,斜率由-20转为-40,增-20,所以 ω =1应为惯性环节的转折频率,故所求传递函数为:
G ( s )=10/ s ( s +1)