自动控制系统被控对象时间常数

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...




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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。自动控制网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。



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

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