过程控制实验.doc

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1、实验二单容水箱液位数学模型的测试对象特性的求取方法通常有二种：一种是从工艺过程的变化机理出发，写出各种有关的平衡方程（如物料平衡方程、能量平衡方程等），进而推倒出被控对象的数学模型，得出其参数，再结合实际进行理论分析，这就是数学方法；另一种是通过被控对象的实验求出其特性参数，即实验飞升曲线测定法。对于此法较简单，因而在过程控制中得到了广泛的应用。一、实验目的1、掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并纪录相应液位的响应曲线。2、根据实验得到的阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象特征参数K，T和传递函数。二、实验原理对象的被控制量为上（下）水箱的液位H，控制量（输入量）

2、为上（下）水箱进水阀流量Q1，上（下）水箱出水阀输出量为Q2，改变进水阀和出水阀的开度可以改变Q1、Q2的大小。根据动态物料平衡关系Q1—Q2=dV/dt（1）式中V——水箱内水的贮水容积；dV/dt——水贮存量的变化率。设水箱的横截面积为A，而A是一个常数，则因为V=A*H所以dV/dt=A*(dH/dt)（2）在静态时，dV/dt=0，Q1=Q2，当Q1发生变化时，液位H也将随之变化，水槽出水口的液压也变化，流出量Q2也发生变化。假设变化量很小，可近似认为Q2=（H/RS），RS为阀V2的水阻，则（1）式可改写为Q1—（H/RS）=A(dH/dt)即ARS(dH

3、/dt)+H=KQ1或写作H（S）/Q（S）=K/（TS+1）（4）式中T=ARS，K=RS。式（4）为单容水箱的传递函数。若另Q1（S）=H1/S，H1为刚开始的稳态值，则式（4）可改写为H（S）=（K/T）/（S+1/T）*（H1/S）=K（H1/S）—（KH1/（S+1/T））对上式取拉氏变换得H（t）=KH1（1—e-t/T）（5）当t→∞时，h(∞)=KH1，因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当t=T时，则有H（T）=KH1（1—e-t/T）=0.632KH1=0.632h(∞)（5）表示，一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数。当由实验

4、得图2—1所示的阶跃响应曲线后，该曲线达到稳态值的63.2%所对应的时间，就是水箱的时间常数T。有响应曲线求得K和T后，就能求出单容水箱的传递函数。所得的传递函数为：H（S）=（Ke-t/S）/（1+TS）三、实验步骤1、设计实验线路并接好，适当打开阀门。2、开启总电源和相关仪表的电源。3、上电后，启动计算机，运行MCGS组态软件，进入本实验系统。4、设置调节器为手动操作状态，通过调节器增/减的操作改变输出量的大小，使水箱的液位最终处于某一平衡位置。5、待液位处于稳定后，手动操作调节器，使其输出有一个正（或负）阶跃增量的变化（此增益不宜过大，以免水箱中水溢出），经过

5、一段时间后，水箱的液位进入新的平衡状态。6、记下水箱的液位的历史曲线和阶跃响应曲线。7、把试验曲线所得的结果填入下表。启动时间13：34：18013：40：095013：37：1330.1W（S）=e-ts/TaSW（S）=8.8S图一为开始图象（注：无延迟时间）图二为系统平衡图象实验三双容水箱液位数学模型的测试一.实验目的1.熟悉双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线.2.根据实际测得双容水箱液位的阶跃响应曲线,确定其传递函数.二.实验原理被控对象由两个水箱串联连接,谷称其为双容系统.被控制量是下水箱的液位,显然,多了一个水箱,响应时间就滞后.由S形曲线的拐点P处作一

6、切线,它与时间轴的交点为A,OA表示对象响应的滞后时间.至于双容对象两个惯性环节的时间常数可按下述方法来确定.在图所示的阶跃响应曲线上求取:(1)H2(t)

7、t=t1=0.4H2(∞)曲线上的点B和对应的时间t1;(2)H2(t)

8、t=t2=0.8H2(∞)时曲线上的点C和对应的时间t2.然后,利用下面近似公式计算式K=H2(∞)/R0=输入稳态值/阶跃输入量T1+T2≈t1+t2/2.16T1T2/(T1+T2)2≈(1.74t1/t2-0.55)0.32

9、(T2S+1)*e-ts一.实验步骤1.接好实验线路.2.开启总电源和相关仪表的电源.3.上电后,启动计算机,运行MCGS组态软件,进入本实验系统.4.先把调节器设置于手动状态,按调节器的增/减,改变其输出值,使下水箱液位处于某一平衡位置.突增/减调节器的手动输出量,使下水箱的液位由原平衡状态开始变化,经过一段时间后,液位H2进入新平衡状态.5.用计算机实时记录H2的历史曲线和在阶跃扰动后的响应曲线.6.把由计算机作用的实验曲线进行分析处理,并把结果填入下表:参数值测量值液位hKT1T2г正向输入57/414:10:0614:11:0383启动时间14:06:2