被控对象动态特性

什么是动态控制原理动态控制原理是指在控制系统中，根据被控对象的动态特性，采取相应的控制策略，实现对被控对象的准确控制。

动态控制原理在工程控制、自动化系统、机械制造等领域都有着广泛的应用。

在工程技术中，动态控制原理是一种重要的控制方法，通过对被控对象的动态特性进行分析和建模，可以设计出合适的控制系统，实现对被控对象的精确控制。

动态控制原理的核心是对被控对象的动态特性进行准确的描述和分析。

在控制系统中，被控对象往往具有各种各样的动态特性，如惯性、阻尼、弹性等。

这些动态特性对于控制系统的设计和性能具有重要影响，因此需要通过建立数学模型来描述和分析这些动态特性。

在实际工程中，我们可以通过实验数据和理论分析来获取被控对象的动态特性，然后利用这些信息来设计控制系统。

在动态控制原理中，控制系统的设计是一个重要的环节。

通过对被控对象的动态特性进行分析和建模，我们可以确定合适的控制策略和参数，从而设计出满足要求的控制系统。

在控制系统的设计过程中，需要考虑到被控对象的动态特性、控制系统的稳定性、鲁棒性和性能指标等因素，以确保控制系统能够稳定可靠地工作。

动态控制原理的应用非常广泛，涉及到许多领域。

在工业自动化领域，动态控制原理被广泛应用于各种自动化设备和生产线的控制系统中，实现对生产过程的精确控制。

在航空航天、汽车制造、机械加工等领域，动态控制原理也发挥着重要作用，帮助提高生产效率和产品质量。

总之，动态控制原理是一种重要的控制方法，通过对被控对象的动态特性进行分析和建模，设计合适的控制系统，实现对被控对象的精确控制。

动态控制原理在工程技术中有着广泛的应用，对于提高生产效率、优化产品质量具有重要意义。

希望通过本文的介绍，读者能对动态控制原理有更深入的了解，为工程控制和自动化系统的设计与应用提供帮助。

自动控制系统的动态特性及控制方式特点计信学院2011级自动化 XX 2011XXXX摘要：在自动系统中，外界坏境总在不停地变化着，控制量不可能回复到给定值，自动控制系统不得不不断检测，调节系统。

为了消除被控对象由于外界扰动而引起误差，常采取反馈控制和扰动补偿关键词：自动控制系统的动态、稳定性、不稳定性、反馈控制、扰动补偿引言：自动控制不会只是一个静态过程，总存在着被控对象的惯性、传感器信号滞后或外界情况变化等原因导致自动控制的动态性质。

因此，我们可引用反馈控制和扰动补偿等方式来解决此误差。

一、自动控制系统的动态行为描述所谓自动化，是指机器或是装置在无人干预的情况下按规定的程序或是指令自动地进行操作或是运行。

在自动控制系统进行着：不断地检测被控制量，并反馈、比较，不断地得到误差信号的过程；而且进行着：借助于此误差信号，不断地进行地通过变换、放大使执行机构动作，力图使被控制量回复到给定值并消除误差的过程，这是一个动态过程。

就像工业锅炉系统（如图一）。

系统温度、喷水器、鼓风器都有惯性。

这就是说：假如燃料量突然降为0，系统温度也不会突然降为零：送风机的电压降为零时，该电动机还是要由原速逐步降为零。

只不过系统温度下降的更加慢。

图一由此可知，电炉、电动机等惯性的存在是自动系统产生动态调节过程的根本原因。

特别是当系统各元件的参数配合不当，特别像是燃料量不足以迅速控制气压，喷水量不足以控制气温时，使得执行环节不能很好的控制被控对象，冲过头无法避免。

还有就是传感器的滞后性，通常我们无法准时得到所需的信号，我们必须通过微分方程来求解。

二、不稳定性及其原因稳定性就是指系统当扰动消失后，由初始偏差状态恢复平衡状态的性能。

具体的说，如果系统受到扰动，偏离了原来的平衡转台；而当扰动消失后，系统又能逐渐恢复到原来的平衡状态，则称为系统的稳定性，或具有稳定性。

否则，系统就是不稳定的或是具有不稳定性。

稳定性是系统去掉扰动后，自身的一种恢复能力所以是系统的一种固有特性，这种固有的稳定性只取决于系统的结构参数而与初始条件以及外作用无关。

第1章过程控制1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。

1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。

第一章作业1.1 常用的评价控制系统动态性能的单项性能指标有哪些？它与误差积分指标各有何特点？答：(1)衰减率ψ、超调量σ、稳态误差e ss、调节时间t s、振荡频率ω；(2)单项指标用若干特征参数评价系统优劣，积分指标用误差积分综合评价系统优劣。

1.2 什么是对象的动态特性？为什么要研究对象的动态特性？答：(1)指被控对象的输入发生变化时，其输出（被调量）随时间变化的规律；(2)实现生产过程自动化时，对象的动态特性可以为控制工程师设计出合理的控制系统满足要求提高主要依据。

1.3 通常描述对象动态特性的方法有哪些？答：微分方程或传递函数。

1.4 过程控制中被控对象动态特性有哪些特点？答：无振荡、稳定或中性稳定、有惯性或迟延、非线性但在工作点附近可线性化。

1.11 某水槽水位阶跃响应实验为：其中阶跃扰动量Δµ=20%。

(1)画出水位的阶跃响应曲线；(2)若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。

解：MATLAB编程如下：%作出标幺后的响应曲线t=[ 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 ];h=[ 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 98 ];x=0:0.01:400;y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数据己知的t、h插出x的值yy=y/y(end); %输出标幺plot(x,yy,'k');xlabel('t/s');ylabel('h/mm');title('阶跃响应曲线','fontsize',10);grid;%找出最接近0.39和0.63的点 less1=find(yy<=0.39); more1=find(yy>=0.39); front1=less1(1,end); behind1=more1(1,1);cha11=0.39-yy(1,front1); cha12=yy(1,behind1)-0.39; if cha11<=cha12 t1=x(1,front1) elset1=x(1,behind1) endless2=find(yy<=0.63); more2=find(yy>=0.63); front2=less2(1,end); behind2=more2(1,1);cha21=0.63-yy(1,front2); cha22=yy(1,behind2)-0.63; if cha21<=cha22 t2=x(1,front2) elset2=x(1,behind2) end%求增益K 和时间常数T K=y(end)/20 T=2*(t2-t1)(1)水位的阶跃响应曲线如图：(2)计算结果如下：>> GK1_11 t1 =48.1700t/sh /m m阶跃响应曲线t2 =96.5900K =4.9T =96.8400则该水位对象用一阶惯性环节近似后，得其增益K=4.9，时间常数T≈96.84。

1. 什么是对象特性？为什么研究对象特性?对象的输入变量和输出变量之间的定量关系；它使人们能更深刻的认识自动控制的本质，从而能采取有效措施提高控制质量。

2. 何为对象的数学模型？静态数学模型与动态数学模型有哪些区别？在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式；前者是在输入变量与输出变量达到平衡状态时建立的数学表达式，后者是在输出变量和状态变量在输入变量影响下建立的数学表达式。

3. 建立对象的数学模型有什么重要意义？1 设计过程控制系统及整定控制参数；2 指导生产工艺及其设备的设计与操作；3 对被控过程进行仿真研究；4 培训运行操作人员；5 工业过程的故障检测与诊断。

4.建立数学模型的方法：机理建模和实验建模5.为什么不同的过程特性与工艺要求需设计不同的控制方案？怎样理解被控过程特性是过程控制系统设计的基础？过程控制系统的过程设计正确与否，直接影响到系统能否正常投入运行，因此要求过程控制设计人员必须根据生产过程的特点，工艺特性和生产操作的规律，正确运用控制理论，设计一个正确合理的控制方案；过程控制系统的设计首先要根据工艺要求和控制目标确定系统变量，进一步根据被控过程特性用恰当的数学关系式，即所谓的数学模型来描述被控过程的变量之间的关系，只有掌握了被控过程的数学模型才能深入的分析过程的特性和选择正确的控制方案。

6.什么叫单回路系统？控制方案设计包括哪些内容？怎样理解方案设计是系统设计的核心？只有一个闭环回路的简单控制系统叫单回路控制系统；过程控制系统设计包括系统的方案设计，工程设计，工程安装和仪表调校，调节器参数整定四个主要内容；控制方案是系统设计得核心，若控制方案不正确，则无论如何选用何种先进的过程控制仪表或计算机系统，无论其安装如何细心，都不可能是系统在工业生产过程中发挥良好的控制作用，甚至系统不能运行。

7.什么是直接参数与间接参数？他们有何关系?选择被控参数应遵循哪些基本原则？直接参数，直接反应生产过程中产品质量和产量又以直接测量的参数间接参数，间接反映产品质量和产量又与直接参数有着单值函数关系，有足够大的测量灵敏度的参数间接参数必须与直接参数有单值函数关系被控参数的选择原则：1）直接参数法2）间接参数法3）被控变量必须具备足够的灵敏度和变化数值4）被控变量的选择必须考虑到工艺过程的合理性，经济性，以及国内外仪表生产的现状。

自动化控制原理自动化控制原理是现代工业控制领域中的重要学科之一。

其研究内容主要包括控制系统的建模、系统动力学分析、控制器设计与优化等。

自动化控制原理的核心思想是通过建立数学模型描述被控对象的动态特性，设计合适的控制器来实现对被控对象的稳定控制或性能优化。

在自动化控制原理中，主要研究的对象是各种物理、化学或生物过程，如温度、压力、速度、液位等的控制。

这些过程可以用一系列微分方程或差分方程来描述。

利用控制理论中的各种技术和方法，可以设计出不同种类的控制器，如比例积分微分（PID）控制器、模糊控制器、自适应控制器等，来实现对这些过程的自动控制。

在控制系统的建模过程中，常使用传递函数或状态空间模型来表示被控对象的特性。

传递函数是将输入和输出之间的关系表示为一个整体的函数，而状态空间模型则是将系统的动态特性表示为一组微分或差分方程。

通过对这些模型进行分析可以得到系统的稳定性、响应速度、准确性等性能指标，进而决定控制器的设计方案。

在控制器设计中，常使用频域方法、时域方法或者基于状态空间的方法来求解控制器的参数。

频域方法以系统的频率特性为基础，通过对系统的频率响应进行分析来设计控制器。

时域方法则以系统的时域响应为基础，通过对系统的步响应、阶跃响应或者脉冲响应进行分析来设计控制器。

而基于状态空间的方法则以系统的状态方程为基础，通过对系统的可控性、可观性等进行分析来设计控制器。

除了上述基本原理和方法外，自动化控制原理还涉及到系统的鲁棒性分析、校正方法、可靠性设计等方面的内容。

鲁棒性分析是指控制系统对参数变化或外部干扰的抵抗能力。

校正方法是指根据实际需求对控制系统进行参数调整或结构改进的方法。

可靠性设计则是指在控制系统设计过程中考虑到系统的可靠性、稳定性和故障处理能力。

总之，自动化控制原理是一门研究如何设计和实现自动控制系统的学科，其主要内容包括控制系统的建模、系统动力学分析、控制器设计与优化等。

通过研究和应用这些原理和方法，可以实现对各种物理、化学或生物过程的有效控制。