[發(fā)明專利]一種多容慣性過程慣性時(shí)間常數(shù)的確定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510091840.8
• 申請日: 2015-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN104615905A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧亮;楊平
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00;G05B13/04
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)域分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多容慣性過程慣性時(shí)間常數(shù)的確定方法。

背景技術(shù)

在經(jīng)典自動(dòng)控制理論中，除了根軌跡法、頻率特性法和狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置法，還有一種標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)法用于控制器的設(shè)計(jì)。只要將含有控制器和受控對象的閉環(huán)傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)為具有理想性能的標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，控制器的參數(shù)就可通過簡單的代數(shù)運(yùn)算求取。然而，在應(yīng)用多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)時(shí)必須事先確定慣性單元的慣性時(shí)間常數(shù)。在線性系統(tǒng)的時(shí)域分析中，慣性時(shí)間常數(shù)是表征系統(tǒng)慣性的一個(gè)主要參數(shù)。在工程應(yīng)用中，其物理意義更直觀，更容易讓工程技術(shù)人員理解并靈活應(yīng)用。

常用的一階慣性環(huán)節(jié)，其慣性時(shí)間常數(shù)為當(dāng)輸出達(dá)到輸入的63.2％時(shí)所需的時(shí)間，即為調(diào)整時(shí)間的1/3。對于n階多容慣性環(huán)節(jié)，工程上常用的經(jīng)驗(yàn)公式為慣性時(shí)間常數(shù)取調(diào)整時(shí)間的1/(3n)。只要確定了控制系統(tǒng)期望的調(diào)整時(shí)間，就能算出多容慣性過程的慣性時(shí)間常數(shù)。不過，此方法只針對不含零點(diǎn)的1型多容慣性過程，算法尚未經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏茖?dǎo)，所得結(jié)果較為粗糙。當(dāng)滯后階數(shù)較大時(shí)，所估計(jì)的結(jié)果誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決多容慣性過程慣性時(shí)間常數(shù)的精確確定問題，針對傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算粗略、誤差大的缺點(diǎn)，而提供一種多容慣性過程慣性時(shí)間常數(shù)的確定方法。基于完備的理論分析和推導(dǎo)，所計(jì)算的慣性時(shí)間常數(shù)更精確、計(jì)算更簡單，更易推廣應(yīng)用到含零點(diǎn)的高階多容慣性過程。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種多容慣性過程慣性時(shí)間常數(shù)的確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將多容慣性過程設(shè)計(jì)為期望的多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)；

2)基于部分分式分解和拉氏逆變換，求取步驟1)中的多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)在對應(yīng)激勵(lì)作用下的輸出響應(yīng)；

3)基于調(diào)整時(shí)間的定義和含積分型余項(xiàng)的泰勒定理，求解多容慣性過程的慣性時(shí)間常數(shù)。

所述的步驟1)具體為：

期望的多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)是指具有期望性能的多容慣性過程的閉環(huán)傳遞函數(shù)，具有可含零點(diǎn)、慣性環(huán)節(jié)相同的特征，定義為：

GM,n(s)=Σi=0mCnn-iTisi(Ts+1)n]]>

其中s為復(fù)變量，G_M,n(s)為期望的多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)，M為系統(tǒng)的型次，M＝1,2,3且M＝m+1，m和n分別表示分子和分母多項(xiàng)式的階次，m＝0,1,2，n≥2且n＞m，為二項(xiàng)式系數(shù)，T為慣性時(shí)間常數(shù)。

所述的多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)包括1、2、3型多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)。

所述的步驟2)具體為，1、2、3型多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)在對應(yīng)激勵(lì)作用下的響應(yīng)分別為：

1型多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)：

2型多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)的單位斜坡響應(yīng)：

3型多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)的單位拋物線響應(yīng)：