控制技术实验指导(计控部分)

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1、实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验实验目的1）、熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。2）、根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。二.实验设备过程控制实验装置、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串□线1根、实验连接线。三、系统结构框图单谷水箱如图1-1所示:丹麦泵智能调节仪手动输出电动调节阀q卩图IT、单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象

2、的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据逬行处理，确定模型中各参数。图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。如图1-1所示，设水箱的逬水量为Q：,出水量为Q“水箱的液面高度为h,出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得:在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得:「S=H(S)=R2KQ‘s)r2*c*S+1一卩$十1批注[lycl]:(1)式中，T为水箱的时间常数(注意：阀V

3、2的开度大小会影响到水箱的时间常数),T二R2*C,K二R2为单容对象的放大倍数,R「R2分别为必「2阀的液阻,C为水箱的容量系数。令输入流量Q.的阶跃变化量为Ro,其拉氏变换式为Q.(S)=R0/S,Ro为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：KR。KRo阻Hs(ts十1)=飞一•当t=T时，则有：h(T)=KRo(l-e_,)=O.632KR。二0.632h(00)即h(t)=KRo(l-e-t/T)当t->oo时，h(00)=KRo,因而有K二h(00)/R0二输出稳态值/阶跃输入上式表示一阶惯性环节的响应曲线是一单

4、调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应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,其理论依据是:KRoT上式表示h(t)若以在原点时的速度h(8)/T恒速变化，即只要花T秒时间就可达到稳态值h(8)。五、实验内容和步骤1、设备的连接和检查1)、关闭阀26,将实验对象的储水箱灌满水(至最高高度)。2）、打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的阀1、阀4、阀9、阀22、阀23,

5、关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门:阀2、阀5、阀7、阀11、阀13、阀15。3）、打开上水箱的出水阀：阀21至适当开度。4）.检查电源开关是否关闭2、实验接线实验接线如图2-4所示:•合I.电曲开关彳：电丫：沦:爪f彳说Tf神施调"仪P0

6、UKift4HCUp0*p0

7、-0*p0fV0t>A/0iA/(hA/OsLo-LoLo-Lq.rrrrA/OiA/(XA/OkA/OtLqLqLoL>人■土ooo-oo-o-NMIG*O'~•h*I/O信号接口一一温反变送務r压J变送誥0-^-0(IN<-)电aif

8、tfiil(X^O渝址变送器图1-3.实验接线图1）、如图1-3所示：将I/O信号接□面板上的上水箱液位的钮子开关打到OFF位置。2）、将上水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV的+极）,上水箱液位-（负极）接到智能调节仪的2端（即RSV的负极）。3）、将智能调节仪的4〜20mA输出端的7端（即+极）接至电动调节阀的4~20mA输入端的+谎（即正极），将智能调节仪的4~20mA输出端的5端（即-极）接至电动调节阀的4~20皿输入端的-端（即负极）。4）、电源控制板上的三相电源空气开关、单相空气开关、单相

9、泵电源开关打在关的位置。5）、电动调节阀的~220V电源开关打在关的位置。6）、智能调节仪的~220V电源开关打在关的位置。3.启动实验装置1）、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源。2）、打开电源三相带漏电保护空气开关，电压表指示380V。3）、打开总电源钥匙开关，按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源。4.实验步骤1）、开启单相空气开关，根据仪表使用说明书和液位传感器使用说明调整好仪表各项参数和液位传感器的零位、增益，仪表输出方式设为手动输出，初始值为0o2）、启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的

10、实验如图1-4所示:实验--、--阶上水箱对象特性测试实验1-4.实验软件界面■1r1北乾汽于计1■亠A—13）、双击设定输出按钮，设定输出值的大小，或者在仪表手动状态下，按住仪表的STOP键将仪表的输出值上升到所想设定的值，这个值根据阀门开度的大小来给定，一般初次设定值〈25。开启单相泵电源开关，启动动力支路。将被