实验二单容自衡水箱液位特性测试实验

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1、实验二单容自衡水箱液位特性测试实验一、实验目的1.常握单容水箱的阶跃响应测试方法，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DDD-Z05-I实验对象及DDD-Z05-IK控制屏、DDD-Z05-III电源控制柜一台、SA・12挂件-•个、SA-13A挂件一个、计算机一台、万用表一个、实验连接线若干。三、实验原理所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或设备等干预，依靠其口身重新恢复平衡的过程。图

2、2・1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。阀门Fl・l、F2・14和Fl・6全开，设上水箱流入量为Qi，改变电动调节阀V］的开度可以改变Q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Qi与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。若将Q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QZ间的数学表达式。(b>图2・1单容口衡水箱特性测试系统(a)结构图(b)方框图根据动态物料平衡关系有QiQ=A半(2-1)dt将式(2・1)表不为增量形式AQ.-AQ2=A字(2

3、-2)dt式中：AQi，AQ2,Ah分别为偏离某一平衡状态的增量；A水箱截而积。在平衡时，Qi=Q2，—=0；当Q］发生变化时，液位h随之变化，水箱出口dt处的静压也随之变化，q2也发生变化。rti流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h与流量Z间为非线性关系。但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认为Q2与h成正比关系，而与阀Fl・9的阻力R成反比，即AQ7=—或R=2L(2-3)RAQ2式屮：R——阀Fl・9的阻力，称为液阻。将式(2・2)、式(2・3)经拉氏变换并消去屮间变量Q2,即可得到单容水箱的数学模型为Wo(s)R=

4、_£-(2-4)0G)RCs+lTs+l式屮T为水箱的吋间常数，T=RC；K为放大系数，K=R；C为水箱的容量系Xo=常数，则式(2・4)可改写为数。若令Q(s)作阶跃扰动，即Q(s)=吐,SH(s)=£ZLx^=K^也S+丄ssS+丄TT(2-5)(2-6)(2-7)对上式取拉氏反变换得h(t)=Kx0(l-e4/T)当t一＞8时，h(00)-h(0)=Kx°,因而有K_h(oo)-h(0)_输出稳态值x0阶跃输入当t=T时，则冇h(T)=Kxo(l-e1)=O.632Kx()=O.632h(^)式(2-5)表示一阶惯性环节

5、的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2・2(a)所示，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。也可由坐标原点对响应曲线作切线0A,切线与稳态值交点A所对应的时间就是该时间常数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。h(t)h⑴-(a).(b)图2・2单容水箱的阶跃响应曲线如果对象具有滞后特性时，其阶跃响应曲线则为图2・2(b),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0B即为对象的滞后时间BC为对象的时间常数T,所得的传递函数为：H(S)=悻(2

6、-8)1+Ts四、实验内容与步骤本实验选择作上水箱为被测对彖，实验Z前先将储水箱屮贮足水量，然后将阀门Fl・l、Fl・6、F2-14全开，将出水阀nF1-9开至适当开度(40%-70%),其余阀门均关闭。1.将“SA-12智能调节仪控制”挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，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1,并按照下面的控制屏接线说明连接实验系统。文字部分强电接通电源控制柜电源总开关，打开钥匙开关，控制屏上单相I的L、N端接到智能调节仪电源的L、N端弱电上水箱液

7、位LT1信号250欧姆（1-5V）的+、-端对应接到智能调节仪1、2端调节仪输出7、5端对应接到SA-13A电动调节阀控制信号输入+、端表2-1仪表控制单容水箱特性测试实验接线说明•本实验为开环控制，不需要设置PID参数，其他参数为：Sn=33；CF=O；ADDR=1；diH=50;dil=0;上水箱出水阀开度40%-70%1.接通总电源空气开关和钥匙开关，直流电压指示24V,给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相I空气开关，给智能仪表上电。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

8、境，在主菜单中点击“实验一、单容自衡水箱对象特性测试”，进入实验一的监控界面。3.将智能仪表输出值设置为一个合适的值（40%-70%）,此操作需通过调节仪表实现。4.按下电源控制柜启动按钮，打开磁力泵电源旋钮开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使上水箱的