过程控制控实验报告.doc

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1、实验一单容自衡水箱特性的测试一、实验目的1.a根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K、T和传递函数。二、实验设备1.A3000高级过程控制实验系统2.计算机及相关软件QV116V104V103h∆hQV105QV102P102LT103LICA103FV101MQ1Q2图2.1单容水箱特性测试结构图三、实验原理由图2.1可知，对象的被控制量为水箱的液位h，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，Q2为流出水箱的流量。手动阀QV105和闸板QV116的开度（5~10毫米）都为定值。根据物料平衡关系，在平衡状态时：（1）动态时则有：（2）式中V为水箱的

2、贮水容积，为水贮存量的变化率，它与h的关系为，即：（3）A为水箱的底面积。把式（3）代入式（2）得：（4）基于，RS为闸板QV116的液阻，则上式可改写为，即：或写作：（5）式中T=ARS，它与水箱的底积A和V2的RS有关；K=RS。式（5）就是单容水箱的传递函数。若令，R0=常数，则式（5）可改为：对上式取拉氏反变换得：（6）当时，因而有。当t=T时，则。式（6）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2.2所示。图2.2单容水箱的单调上升指数曲线当由实验求得图2.2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T。该时间常数T

3、也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T，由响应曲线求得K和T后，就能求得单容水箱的传递函数。图2.3单容水箱的阶跃响应曲线如果对象的阶跃响应曲线为图2.3，则在此曲线的拐点D处作一条切线，它与时间轴交于B点，与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ，BC为对象的时间常数T，所得的传递函数为：四、实验内容与步骤1.智能仪表的测量值输入端AI0可任意选择上、中、下水箱中的一个水箱连接，操作值输出端AO0接电动调节阀。2.接通控制系统柜的电源开关和现场系统单项电源开关，启动执行机构。3.打开上位机“组态王”的工程管理器，选择“

4、智能仪表过程控制实验组态”工程，进入“A3000高级过程控制实验监控系统”运行环境，点击“进入系统”按钮进入主画面《A3000高级过程控制实验系统__智能仪表》，在实验目录中选择“单容自衡水箱对象特性测试”工程，进入本实验的监控界面。4.在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”控制，并将输出值设置为一个合适的值，即给电动调节阀设置一个合适的开度，此操作须通过调节仪表实现。5.打开现场系统面板上的“水泵2#”开关，给2#水泵上电打水。通过适当增/减智能仪表的输出量，使水箱液位处于某一平衡位置，记录此时的仪表输出值和液位值。6.改变电动调节阀的开度，使其输出有一个正（或负）阶跃量

5、的变化（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，经过一定的调节时间后，水箱的液位进入新的平衡状态，记录此时的仪表输出值和液位值。液位的响应过程曲线如图2.4所示。图2.4单容箱特性响应曲线1.根据前面记录的液位值和仪表输出值，按公式（6）计算K值，再根据图2.3中的实验曲线求得T值，把所得的结果填入下表。写出对象的传递函数。参数值测量值液位hKTτ正向输入0.187530负向输入1.756.50平均值0.968754.750五、实验报告1.写出常规的实验报告内容。2.分析用上述方法建立对象的数学模型有什么局限性？人为因素比较大，切点取得的位置直接影响

6、到各个参数的求的六、思考题1.做本实验时，为什么不能任意改变出水口闸板开度的大小？如果改变出水口闸板开度，就改变了对象的特性，实验数据就不是对同一个对象测得的1.用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？切线取的位置单回路控制系统的概述及调节器参数整定方法一、单回路控制系统的概述图3.1单回路控制系统方框图图3.1为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器所组成的一个闭环控制系统。系统的给定量是一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。由于这种系统结构简单，调试方便，性能较好，故在工业生产中被广泛应用。二、干扰对系统性能的影响l干扰

7、通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响干扰通道的放大系数Kf会影响干扰加在系统中的幅值。若系统是有差系统，则干扰通道的放大系数愈大，系统的静差也就愈大。我们希望干扰通道的放大系数愈小愈好。如果干扰通道是一个惯性环节，令时间常数为Tf，则阶跃扰动通过惯性环节后，其过渡过程的动态分量被滤波而幅值变小。即时间常数Tf越大，则系统的动态偏差就愈小。通常干扰通道中还会有纯滞后环节，使被调参数的响应时间滞后一个τ值，即上式表明调节过程沿时间轴平移了一个τ的距离，即干扰通道出现纯滞后，但不会影响系统