2018年度6过程控制实验报告材料

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1、实用标准文案西安电子科技大学过程控制系统实验学院机电工程学院专业自动化精彩文档实用标准文案班级xxxx学号xxxxx学生姓名xxxx授课老师xxx学期二〇一六学年春季学期第一节单容水箱特性的测试一、实验目的1.掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。2.根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。二、实验设备1.THJ-2型高级过程控制系统实验装置2.计算机及相关软件3.万用电表一只三、实验原理精彩文档实用标准文案2-1-1单容水箱对象特性测试系统（a）结构图（b）方框图所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指

2、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。图2-1-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。阀门F1-1、F1-6、F1-10和F1-11全开，设上水箱流入量为Q1，改变气动调节阀的开度可以改变Q1的大小，上水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-9的开度可以改变Q2。液位h的变化反映了Q1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。若将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式。根据物料平衡关系，在平衡状态时Q1-Q2=0（2-1-1）动态时，则有精彩文档实用

3、标准文案Q1-Q2=（2-1-2）式中V为水箱的贮水容积，为水贮存量的变化率，它与h的关系为，即=A（2-1-3）A为水箱的底面积。把式（2-1-3）代入式（2-1-2）得Q1-Q2=A（2-1-4）基于Q2=，RS为阀F1-9的液阻，则上式可改写为Q1-=A即ARS+h=KQ1或写作=（2-1-5）式中T=ARS，它与水箱的底面积A和V2的RS有关；K=RS。式（2-1-5）就是单容水箱的传递函数。若令Q1（S）=，R0=常数，则式（2-1-5）可改为精彩文档实用标准文案H（S）=×=K-对上式取拉氏反变换得h(t)=KR0(1-e-t/T)（2-1-6）当t

4、—>∞时，h（∞）=KR0，因而有K=h（∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入当t=T时，则有h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)式（2-1-6）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2-1-2所示。图2-1-2单容水箱的单调上升指数曲线当由实验求得图2-1-2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如式（2-1-5）所示。精彩文档实用

5、标准文案图2-1-3单容水箱的阶跃响应曲线如果对象的阶跃响应曲线为图2-1-3，则在此曲线的拐点D处作一切线，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：H(S)=四、实验内容与步骤本实验选择上水箱作为被测对象（也可选择中水箱或下水箱）。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-6、F1-10、F1-11全开，将上水箱出水阀门F1-9开至适当开度，其余阀门均关闭。1、接通控制柜总电源，打开漏电保护器及各空气开关，接通空压机电源，并将三相磁力泵、三相电加热管、控制站的各旋钮

6、开关打到开的位置。控制柜无需接线。2、打开上位控制的PC机，点击“开始”菜单，选择弹出菜单中的“SIMATIC”选项，再点击弹出菜单中的“WINCC”，再选择弹出菜单中的“WINCCCONTROLCENTER6.0”,进入WINCC资源管理器，打开组态好的上位监控程序，点击管理器工具栏上的“激活（运行）”按钮，进入实验主界面如图2-1-4所示。精彩文档实用标准文案3、鼠标左键点击实验项目“一阶单容水箱对象特性测试实验”，系统进入正常的测试状态，呈现的实验界面如图2-1-5所示。图2-1-5实验界面在实验界面的左边是实验流程图，右边是参数整定，下面一排六个切换键的

7、功能如下：精彩文档实用标准文案“实验流程”键：系统进入正常测试状态时，实验界面左边就会显示实验流程图，当点击“历史曲线”键时，实验流程图将会被历史曲线所覆盖，如需转到实验流程图，应点击“实验流程”键就可在实验界面左边再现实验流程图。“参数整定”键：系统进入正常测试状态时，实验界面右边就会显示参数整定画面，当你点击“实时曲线”或“数据报表”键时，参数整定画面的下半部分将会被实时曲线或数据报表所覆盖，如需转到参数整定，点击“参数整定”键即可在实验界面右边再现参数整定画面。“实时曲线”键：系统进入正常测试状态时，实时曲线是不显示的，如果需要观察实时曲线，点击“实时曲线

8、”键，即可在实验界面右下