第二节双容自衡水箱液位特性测试实验

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1、第二节双容水箱特性的测试一、实验目的1.拿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、T］、T2及传递函数；3.掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。二、实验设备(同前)三、原理说明(b)图2-9双容水箱对象特性测试系统(a)结构图(b)方框图G(s)=G1(s)G2(s)—K(T]S+1)(T2s+1)由图2・9所示，被测对象由两个不同容积的水箱相吊联组成，故称其为双容对彖。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

2、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口J用一个二阶惯性环节來描述：(2-9)式中K=kik2,为双容水箱的放大系数，T］、T2分别为两个水箱的时间常数。木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2・10所示。由图2・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2-10(a))；而下水箱液位的响应曲线则呈S形曲线(图2-10(b)),即下水箱的液位响应滞后了，它滞后的吋间与阀F1-10和FIJI的开度大小密切相关。图2・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

3、节的吋间常数可按下述方法来确定。在图2-11所示的阶跃响应曲线上求取：(1)h2(t)

4、t=tl=0.4h2(oo)时曲线上的点B和对应的时间ti；(2)h2(t)

5、口2=0.汀2(8)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(2-10)“/n(oo)输入稳态值K==X。阶跃输入量Ti+T2utl+t2~2A6(2-11)T1T2(T1+T2)2«(1.74--0.55)11(2-12)0.32〈也<0.46由上述两式小解出T］和T2,于是得到如式(2-9)所示的传递函数。在改变相应的阀门开度后，对象町能出现滞后特也这时可出S形曲线的拐点P处作一切线，它与时

6、间轴的交点为A,OA对应的时间即为对象响应的滞后时间厂。丁是得到双容滞后(二阶滞后)对彖的传递函数为：G(S)一⑺S+1)(為S+1)"(2-13)四、实验内容与步骤本实验选择屮水箱和下水箱串联作为被测对象(也可选择上水箱和屮水箱)。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门Fl-kFl・2、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10.下水箱出水阀门F1-11开至适当开度(要求F1-10开度稍大于F1-11的开度)，其余阀门均关闭。具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硕件设备冇关，可根据实验需要选做或全做。(一)、智能仪表控制1.将SA-12挂件挂到屏上，

7、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2,并按照本章笫一节控制屏接线图2-3连接实验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。1.接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上屯，按下启动按钮，合上单相I、单相III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、双容自衡水箱对象特性测试”，进入实验二的监控界面。3.在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出，并将输

8、出值设置为一个合适的值（一般为最大值的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，磁力骡动泵上电打水，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，使具输出有一个正（或负）阶跃增量的变化（即阶跃干扰，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，经过一段时间后，水箱液位进入新的平衡状态,记录下此时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）7.h⑵h(l)h'⑵怪0正阶跃负阶跃根据询面记录的

9、液位个I」1乂衣孑刖E1且,玫公工、10）计算K值，再根据图2・11中的实验曲线求得T］、T2值，写出对象的传递函数。（二入远程数据采集控制1.将挂件SA-22远程数据采集模拟量输出模块、SA-23远程数据采集模拟量输入模块挂到屏上，并将挂件上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和」2,并按照木章第一节的控制屏接线图2-5连接实验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。2.接通总电