测控工业过程控制工程实验指导书

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1、实验一双容水箱特性测试1、实验目的(1)掌握双容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法；(2)根据由实验测得双容液位的阶跃响应曲线，确定其特征参数K、Ti、T2及传递函数；(3)掌握采用不同控制方案的实现过程。2、实验原理由图6・9所示，被测对象由两个不同容积的水箱相串联组成，故称其为双容对象。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。根据本章第一-节单容水箱特性测试的原理，可知双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积，即双容水箱的数学模型可用一个二阶惯性环节來描述：G⑸=G1(s)G2(s＞缶质二心+爲”丿(6-7)式K=k!k2,为

2、双容水箱的放大系数，T］、T2分别为两个水箱的时间常数。于珂糊述千扰理九禺亠」J电动阀上水箱J_—IjGI(s)G,(s)=^Gi(s)下水箱Gj(s)jG:(s)=kG(s)=G1(s)G：(s)=(订・

3、)(硏)・K=k，R：图6・9双容水箱对象特性测试系统(a)结构图(b)方框图本实验中被测量为下水箱的液位，当中水箱输入量有一阶跃增量变化时，两水箱的液位变化曲线如图6・10所示。由图6・10可见，上水箱液位的响应曲线为一单调上升的指数函数(图6-10(a))；而下水箱液位的响应曲线则呈S形曲线(图6-10(b)),即下水箱的液位响应滞后了，它滞后的时间与阀F1-10和F1-11的开度大小

4、密切相关。图6・10双容水箱液位的阶跃响应曲线(a)中水箱液位(b)下水箱液位双容对象两个惯性环节的时间常数可按下述方法来确定。在图6-11所示的阶跃响应曲线上求取：(1)h2(t)ll=ti=0.4h2(oo)时曲线上的点B和对应的时间g(2)h2(t)lt=t2=0.8h2(oo)时曲线上的点C和对应的时间t2。然后，利用下面的近似公式计算式K_力2(00)_输入无急态值二匚厂二阶跃输入量Ti+T2«tl+t22.16T1T2(T1+T2)2«(1.74--0.55)(6-8)(6-9)(6-10)ti0.32〈也<0.46由上述两式中解岀T］和T2,于是得到如式(2-9)所示的传递函数。

5、在改变相应的阀门开度后，对象口J能出现滞后特性，这时可曲S形曲线的拐点P处作一切线，它与时间轴的交点为A,0A对应的吋间即为对象响应的滞后吋间厂。于是得到双容滞后（二阶滞后）对象的传递函数为：K(AS+ix^s+i)(6-11)3、实验内容与步骤本实验选择中水箱和下水箱串联作为被测对象（也可选择上水箱和中水箱）。实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门Fl-1>Fl・2、F1-7全开,将中水箱出水阀门F1-10.下水箱出水阀门Fl・ll开至适当开度（要求Fl・10开度稍大于FIJI的开度），其余阀门均关闭。（1）智能仪表控制①将SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯

6、口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2,并按照下图连接实验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。—三相給力農（3S0V）--SA-12日日日日1-5V4-20«A敘出输入智能调节仪三相电源输出亜相电源输出从sffTOII3、I、•V®®©I0—/—Z动调节阀—•-\16宓：入・'・I-■■上亠■I'、、込加、4・20・A输入、0^1P00_LP0+ffl7■22©檢入4/To.A/fe——出10<■♦3,•二卸调吊佟控制①接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相I、单相III

7、空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。②打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验二、双容口衡水箱对象特性测试”，进入实验二的监控界面。③在上位机监控界而屮将智能仪表设置为“手动”输岀，并将输出值设置为一个合适的值（-•般为最大值的40〜70%,不宜过大，以免水箱中水溢出），此操作需通过调节仪表实现。④合上三相电源空气开关,磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量,使下水箱的液位处于某一平衡位置，记录此时的仪表输出值和液位值。⑤液位平衡后，突增（或突减）仪表输出量的大小，使其输出有一个正（或负）阶跃壇量的变化（即阶跃干扰，

8、此增量不宜过大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过-•段吋间后，水箱液位进入新的平衡状态，记录下此吋的仪表输出值和液位值，液位的响应过程曲线将如图2-13所示。h(t)图6・12双容水箱液位阶跃响应曲线①根据前而记录的液位和仪表输出值，按公式（6・8）计算K值，再根据图6・11中的实验曲线求得T

9、、T2值，写出对象的传递函数。（2）现场总线控制系统（FCS）①接通控制柜和控制