过程控制实验报告(同名17351).docx

过程控制实验报告(同名 17351) 过程控制系统实验 学 院 机电工程学院 班 级 ****** 学 号 ******** 姓 名 ******** 老 师 韩保君 由图2-1可知，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，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时 动态时，则有 式中V为水箱的贮水容积，dtdV为水贮存量的变化率，它与H的关系为 A为水箱的底面积。把式（3）代入式（2）得 式（5）就是单容水箱的传递函数。若令Q1（S）=R0/S,R0=常数， 式（5）就是单容水箱的传递函数。 若令Q1（S）=R0/S,R0=常数，则式（5）可改为 对上式取拉氏反变换得 当t—>∞时，h（∞）=KR0，因而有 K=h（∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入当t=T时，则有 h(T)=KR0(1-e )=0.632KR0=0.632h(∞) -1 式中T=ARS，它与水箱的底积A和V2的RS有关；K=RS。 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， 如图2-2所示。当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后，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 如果对象的阶跃响应曲线为图2-3，则在此曲线的拐点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 如果对象的阶跃响应曲线为图2-3，则在此曲线的拐点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 按图2-1接好实验线路，并把阀V1和V2开至某一开度，且使V1的开 度大于V2的开度。 接通总电源和相关的仪表电源，并启动磁力驱动泵。 把调节器设置于手动操作位置，通过调节器增/减的操作改变其输 出量的大小，使水箱的液位处于某一平衡位置。 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，如图 2-4所示。 5 5．启动计算机记下水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线。 wentai wentai 五、数据处理 五、数据处理 (1) 正向增量：首先设置输出值为 50%，使水箱系统达到一个稳定的状态，然后再测量初始稳态时对应的参数，得到初始输出值： 7.7929e001，时间 77’92。再调节手动操作器，给一个正向的变化，待其平衡稳定，测量时间为正无穷对应的参数，稳态输出： 1.096e002，时间 109’6 所以，在 T 时间内，液位变化量为两个稳态输出的差值，经计算结果为 57*0.632 = 36.024，对应 0.632h。 将结果绘制成下表： 参数值 液位h K T 正向输入 0．1792 88 负向输入 0．1649 81 平均值 0．1721 84.5 得到传递函数为： H(s)=K/(s+Ts)=0.1721/(1+84.5s) 六、思考题做本实验时，为什么不能任意改变出水口阀开度的大小？答：因为如果一开始进水阀的开度<出水阀的开度，那么系统永远无法达到平衡。同时出水阀也决定了液位达到设定值所需时间的长短，所以记录数据前，应先调好出水阀开度的大小，才能快速达到平衡。任意改变出水阀开度大小会对响应曲线造成干扰，从而使实验结果的误差变大。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？答：因为系统用到了仪表，因此与仪表的精度有关，同时与出水阀开度的大小有关。并和放大系数K、时间常数T以及纯滞后时间有关。这次试验的注意事项有不能任意改变阀门开度的大小；阶跃信号不能取得太大，否则会影响正常运行，也不能太小，以防止对象特性的不真实性；在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。 通过这次试验，我们明白了过程控制的相关思想也明白了思考和实践相结合的重要性，也 六、思考题 做本实验时，为什么不能任意改变出水口阀开度的大小？ 答：因为如果一开始进水阀的开度<出水阀的开度，那么系统永远无法达到平衡。同时出水阀也决定了液位达到设定值所需时间的长短，所以记录数据前，应先调好出水阀开度的大小，才能快速达到平衡。任意改变出水阀开度大小会对响应曲线造成干扰，从而使实验结果的误差变大。 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？答：因为系统用到了仪表，因此与仪表的精度有关，同时与出水阀开度的大小有关。并和放大系数K、时间常数T以及纯滞后时间有关。 第二节 双容水箱特性的测试 一、实验目的 熟悉双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 根据由实际测得双容液位的阶跃响应曲线，确定其传递函数。 二、实验设备