过渡滞后

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

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。

被控对象的被控变量的变化落后于干扰的现象叫滞后。滞后分为纯滞后和过渡滞后。1

纯滞后纯滞后又叫传递滞后，一般用τ0表示，它是由于物料量或能量的传送过程，需要一定的时问而造成的。例如在图1中，由于进口阀门较远，它的开度变化后，输入的物料量需要经过一段时间才能进入水箱影响液位的数值，这段时问就叫纯滞后。可见纯滞后使被控变量不能立刻随负荷的变化而变化，而要等一段时间以后，才开始变化。它是单纯地延迟了被控变量开始变化的时间，如图1所示。1

过渡滞后过渡滞后又叫容量滞后，一般用τa表示。有的对象具有两个或两个以上的容量，称为多容量对象，如夹套式蒸汽加热器、串联的液位容器等。如图2就是一个双容量对象，它的两个容量之间有一个阻力元件(阀门)相通。当进料阀门突然开大时，两个相联容器的液位都要变化，经过一段时问后，两个容器的液位也重新稳定下来，其动态特性曲线如图3所示．从图中可以看出，第一个容量的过渡过程与单容量对象基本相同。第二个容量的被控变量变化比较特殊，曲线上有一拐点W，W点左边变化比较快，右边变化逐渐减慢。通过W点作曲线的切线与原值相交，交点与被控变量开始变化的起点之间的时间间隔是过渡滞后τa2。1

对象的容量系数和阻力越大，容量的个数越多，则过渡滞后时间越长，过渡过程就越慢。实际对象中，往往是纯滞后与过渡滞后同时存在，很难严格区别，常常把两者合起来统称为滞后时间τ，即τ=τ0+τa。

滞后的危害在自动控制系统中，滞后的存在是不利于控制的。因为干扰已经产生了，而检测仪表却不能及时的感受到，调节器仍然处于原来的稳定状态，它要经过一段时间后才有控制作用输出。当控制信号发出后，控制作用又不能及时地影响到对象，整个控制质量就会受到严重的影响。所以，在设计和安装控制系统时，应尽量把滞后减到最小。1

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张尉 - 副教授 - 西南大学