过程控制控实验报告.doc

实验一单容自衡水箱特性的测试
一、实验目的
a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
A3000高级过程控制实验系统
计算机及相关软件
QV116
V104
V103
h
∆h
QV105
QV102
P102
LT103
LICA
103
FV101
M
Q1
Q2

三、实验原理
,对象的被控制量为水箱的液位h,控制量(输入量)是流入水箱中的流量Q1,Q2为流出水箱的流量。手动阀QV105和闸板QV116的开度(5~10毫米)都为定值。根据物料平衡关系,在平衡状态时:
(1)
动态时则有: (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:
(3)
A为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得:
(4)
基于,RS为闸板QV116的液阻,则上式可改写为,即:
或写作: (5)
式中T=ARS,它与水箱的底积A和V2的RS有关;K=RS。式(5)就是单容水箱的传递函数。
若令,R0=常数,则式(5)可改为:
对上式取拉氏反变换得: (6)
当时,因而有。当t=T时,则。式(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,。

单容水箱的单调上升指数曲线
,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。
单容水箱的阶跃响应曲线
,则在此曲线的拐点D处作一条切线,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:
四、实验内容与步骤
智能仪表的测量值输入端AI0可任意选择上、中、下水箱中的一个水箱连接,操作值输出端AO0接电动调节阀。
接通控制系统柜的电源开关和现场系统单项电源开关,启动执行机构。
打开上位机“组态王”的工程管理器,选择“智能仪表过程控制实验组态”工程,进入“A3000高级过程控制实验监控系统”运行环境,点击“进入系统”按钮进入主画面《A3000 高级过程控制实验系统__智能仪表》,在实验目录中选择“单容自衡水箱对象特性测试”工程,进入本实验的监控界面。
在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”控制,并将输出值设置为一个合适的值,即给电动调节阀设置一个合适的开度,此操作须通过调节仪表实现。
打开现场系统面板上的“水泵2#”开关,给2#水泵上电打水。通过适当增/减智能仪表的输出量,使水箱液位处于某一平衡位置,记录此时的仪表输出值和液位值。
改变电动调节阀的开度,使其输出有一个正(或负)阶跃量的变化(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,经过一定的调节时间后,水箱的液位进入新的平衡状态,记录此时的仪表输出值和液位值。。
单容箱特性响应曲线
根据前面记录的液位值和仪表输出值,按公式(6)计算K值,,把所得的结果填入下表。写出对象的传递函数。
参数值
测量值
液位h
K
T
τ
正向输入

3
0
负向输入


0
平均值


0
五、实验报告
写出常规的实验报告内容。
分析用上述方法建立对象的数学模型有什么局限性?
人为因素比较大,切点取得的位置直接影响到各个参数的求的
六、思考题
做本实验时,为什么不能任意改变出水口闸板开度的大小?
如果改变出水口闸板开度,就改变了对象的特性,实验数据就不是对同一个对象测得的
用响应曲线法确定对象的数学模型时,其精度与那些因素有关?
切线取的位置
单回路控制系统的概述及调节器参数整定方法
单回路控制系统的概述
单回路控制系统方框图
,它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器所组成的一个闭环控制系统。系统的给定量是一定值,要求系统的被控制量稳定至给定量。由于这种系统结构简单,调试方便,性能较好,故在工业生产中被广泛应用。

干扰对系统性能的影响
干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响
干扰通道的放大系数Kf会影响干扰加在系统中的幅值。若系统是有差系统,则干扰通道的放大系数愈大,系统的静差也就愈大。我们希望干扰通道的放大系数愈小愈好。如果