对象特性实验测取法

自动控制系统是由被控对象、测量变送器+调节器和执行器组成。系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有关系，特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大，这是确定控制方案的重要依据，而各种对象又是千差万别的，因此在自动控制系统中，当我们采用一些自动化装置来构成自动控制时，首先必须深入了解对象的特性，研究它的内在规律，才能根据生产对控制质量上的要求，设计合理的控制系统，选用合适的测量变送器、调节器及执行器。在控制系统投入运行时，也要根据对象特性选择合适的调节器参数，使系统正常地运行，所以研究被控对象的特性是非常重要的。1

对象动态特性简介在研究对象的动态特性时，我们将被控变量看作对象的输出量，有时也叫输出参数，而将干扰作用看作对象的输入量，有时也叫输入参数。干扰作用和控制作用都是引起被控变量变化的因素。由对象的输入参数至输出参数的信号联系称之为通道；控制作用至被控变量的信号联系称为控制通道；干扰作用至被控变量的信号联系称为干扰通道。

分析被控对象的特性，就是研究对象在受到干扰作用或控制作用后，被控变量即对象的输出量是如何变化的，变化的快慢以及最终变化的数值等，因此所谓被控对象的特性，就是指对象各个输入量与输出量之间的函数关系。在被控对象特性研究中，常用放大系数、时问常数和滞后时间三个物理量来表示对象的特性，这些物理量称为对象的特性参数。1

对象特性实验测取法简介应用数学描述方法求取对象(或环节)的特性，具有较大的普遍性，在实际中，许多对象的特性很复杂，往往很难直接得到描述对象特性的数学表达式，且这些表达式(一般是高阶微分方程式或偏微分方程式)也较难求解；在推导的过程中，往往作了许多假定和假设，忽略了很多次要因素。因此，要直接利用理论推导得到的对象特性作为合理设计自动控制系统的依据，往往是不可靠的。在实际工作中，常常用实验的方法来研究被控对象的特性，可以比较可靠地得到被控对象的特性。

所谓对象特性的实验测取法，就是在我们所要研究的对象上，加上一个人为的干扰作用(输入量)，然后，用仪表测取并记录表征对象特性的物理量(输出量)随时间变化的规律，得到一系列实验数据(或曲线)，这些数据或曲线就可以用来表示对象的特性。对象特性的实验测取法有很多种，常用的有阶跃反应曲线法和矩形脉冲法。1

阶跃反应曲线法所谓测取对象的阶跃反应曲线法，就是用实验的方法测取对象在阶跃输入作用下，输出量随时间的变化规律，如图1所示。这种方法比较简单，如果输入量是流量，只要将阀门的开度作突然的改变，便可认为施加了阶跃干扰，因此不需要特殊的信号发生器，在装置上极为容易进行。所加输入作用大小，一般取额定值5~10%。输出参数变化过程可以利用高灵敏度的快速记录仪记录下来，测试的工作量也不大。总的说来，阶跃反应曲线法是一种比较简单但精度较差的动态特性测试方法。1

矩形脉冲法当对象处于稳定工况下，在时间t0突然加一阶跃干扰，幅值为A，到t1时突然去掉阶跃干扰，这时测得的输出量随时间而变化的规律，称为对象的矩形脉冲特性，而这种形式的干扰称为矩形脉冲干扰，如图2所示。

用矩形脉冲干扰来测取对象特性时，由于施加在对象上的干扰，经过一段时间后即被去掉，因此干扰的幅值可取得比较大，以提高试验精度，对象的输出量又不致于长时间地偏离设定位，因而对正常生产影响较小，是测取对象动态特性的常用方法之一。

利用阶跃干扰与矩形脉冲干扰可以方便的测取对象动态特性，从而为正确设计和调整自动控制系统创造有利的条件。 1

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学