什么是被控对象时间常数 怎样测定时间常数

2017/4/29 14:24:23 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/978.html

自动控制系统是由对象、测量元件、控制器、执行器组成的。要达到预期的目的,首先就必须了解和掌握对象及系统各环节的静态、动态特性,如时间常数、放大系数、滞后时间等参数。昌晖仪表现仅谈对象的时间常数的问题。
 
什么是对象的时间常数
以温度控制为例,如有台蒸汽热水器,当把蒸汽阀门突然开大时,加热的蒸汽压力会升高,使蒸汽流量增加,即有了一个阶跃变化,这时流入对象的热量增多。在一开始流出的热水由于还未得到充分加热,其水温还较低,带出的热量也较少,热量就会在热水器中积累,使水温快速上升,随着器内水温的不断上升,水带出的热量也在逐渐增加,由于流入热量不变,热水器内的水温的上升速度就会逐渐缓慢下来,最终流入与流出的热量相等,温度就稳定下来并达到新的平衡。
输入、输出与时间的关系曲线 
                                                图1  输入、输出与时间的关系曲线
 
这个变化过程,用输入和输出分别与时间的关系曲线表示,如图1所示,从该反应曲线可看出,输出的变化速度在初始点最大,以后逐渐下降最后为零。反应曲线是反映对象动态特性的一个特定常数。其大小反映了对象受干扰后,被调参数达到新的稳定值的快慢。可通过反应曲线来定义时间常数:在阶跃作用下,完成全部变化量的63.2%所需的时间就是时间常数T
 
进一步认识时间常数
首先,从RC电路来认识时间常数,输入信号电压E作阶跃变化后,将有电流通过电阻R对电容C充电,而RC的乘积就叫做时间常数T。在t=T=RC时,输出信号完成全部变化量的63.2%,时间常数T=RC在电路中非常实用,也是仪表工所熟悉的。RC环节的概念不只限于电路,对于工艺参数温度、压力、液位对象都可进行类比。
 
其次,还可从其他侧面来定义时间常数,如工艺参数在阶跃作用下,如保持初始速度,达到新的稳定态值所需的时间也是时间常数。
 
对于有些对象,如物料的混合过程,PH的中和反应等,这时用RC来分析就不直观,但可把T理解为平均停留时间。
 
以上对象可用阻容环节来描述,都可用传递函数来表述:G(S)=K/TS+1
 
时间常数的测定
时间常数的测定可以在生产现场进行,即在被测对象上加入各种干扰信号,或者改变阀门的开度来产生干扰信号。因为是在生产现场进行,所以干扰要有一 定的限度,否则影响生产或出事故就不好了。
 
现场测定最常用的是反应曲线法,在测定时将给定信号作一阶跃变化,或者把阀门开度作突然的改变。而输出参数可用记录仪把反应曲线记录下来。
 
测定前尽量使生产处于正常稳定的工作状态,而反应曲线的初始点就是输入参数开始作阶跃变化的时间,把这一时间在记录仪上作个标记。在相同条件下最好进行两次以上的测定,看其重合程度,理想的当然就应该是重合的。对记录仪的精度、反应速度、采样时间等要有所选择,在条件许可的情况下,尽量选择最好的。
 
反应曲线的数据处理
反应曲线测得后,可通过计算获得所要的数据。如果测定的反应曲线一开始就有一定的斜率,而不是从零开始慢慢上升,即初始速度不等于零,则该对象就是一阶特性的,假设反应曲线的初始速度等于零,则被测对象的特性就是二阶及以上的。
 
反应曲线的数据处理,教科书上大都采用图解法来求取被测对象的相关据,采用图解法求取时间常数的过程很繁杂。因此在生产现场大多采取直接看曲线来估算的方法,现举个例子如图2所示,从图可看出这是一个有自衡的对象,其相关参数计算如下:
时间常数:T=14-4=10(min)
滞后时间:τ=2(min))
放大倍数:K=10℃/0.04MPa=25(℃/MPa)
反应曲线法估算被控对象时间常数
                                                    图2  反应曲线法估算被控对象时间常数 

共有访客发表了评论 网友评论

  客户姓名:
邮箱或QQ:
验证码: 看不清楚?