双容水箱特性的测试.docx
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双容水箱特性的测试
第二节双容水箱特性的测试
一、实验目的
1.掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法,并记录相应液位的响应曲线。
2.根据实验得到的液位阶跃响应曲线,用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。
二、实验设备
1. THJ-2 型高级过程控制系统实验装置
2. 计算机、MCGS工控组态软件、RS232/485转换器1只、串口线 1 根
3. 万用表1只
三、实验原理
图2-1双容水箱对象特性结构图
由图2-1所示,被控对象由两个水箱相串联连接,由于有两个贮水的容积,故称其为双容对象。
被控制量是下水箱的液位,当输入量有一阶跃增量变化时,两水箱的液位变化曲线如图2-62所示。
由图2-2可见,上水箱液位的响应曲线为一单调的指数函数(图2-2(a)),而下水箱液位的响应曲线则呈S形状(2-2(b))。
显然,多了一个水箱,液位响应就更加滞后。
由S形曲线的拐点P处作一切线,它与时间轴的交点为A,OA则表示了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。
图2-2双容液位阶跃响应曲线图2-3双容液位阶跃响应曲线
在图 2-3所示的阶跃响应曲线上求取:
(1)h2(t)|t=t1 =0.4 h2(∞)时曲线上的点B和对应的时间t1;
(2)h2(t)|t=t1 =0.8 h2(∞)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
由上述两式中解出T1和T2 ,于是求得双容(二阶)对象的传递函数为
四、实验内容与步骤
1. 接通总电源和相关仪表的电源。
2. 接好实验线路,打开手动阀,并使它们的开度满足下列关系:
V1的开度>V2的开度>V3的开度
3. 把调节器设置于手动位置,按调节器的增/减,改变其手动输出值(一般为最大值的40~70%,不宜过大,以免水箱中水溢出),使下水箱的液位处于某一平衡位置(一般为水箱的中间位置)。
4. 按调节器的增/减按钮,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,经过一定的调节时间后,液位h2进入另一个平衡状态。
5.点击实验界面下边的按钮,可切换到实时曲线、历史曲线和数据报表
6.根据实验所得的曲线报表和记录的数据,按上述公式计算K值,再根据图中的实验曲线求得T1、T2值。
60%上升峰值
突变为50%
7.把由计算机作用的实验曲线进行分析处理,并把结果填表入下表中:
测量值
液位h
参数值
K
T1
T2
τ
正向输入
0.0951
125s
289s
0
负向输入
0.1779
112s
273s
0
平均值
0.1365
118.5s
281s
0
五、思考题
1.做本实验时,为什么不能任意改变两个出水阀门开度的大小?
答:
出水阀的开度是改变出水量Q2的,改变水箱泄水的过程。
在此实验中是先将出水阀开至适当的开度。
之后在单容水箱在稳定的过程中,此阀门是不能任意改变的,因为一改变就会对系统带来干扰,造成系统不稳定,不能正确反映实验特性。
只有当系统稳定时,要研究输出量对系统的稳定特性影响时才改变出水阀。
2.用响应曲线法确定对象的数学模型时,其精度与哪些因素有关?
答:
应曲线可能与实验工作电压的波动,执行器的不稳定性,和系统的控制参数比例度、积分时间、微分时间及测量值的波动都可能带来一定的误差,造成精度下降,同时还跟压力传感器的精度,阀门开度,测试软件都有关系。
3.如果采用上水箱和中水箱做实验,其响应曲线与用中水箱和下水箱做实验的曲线有什么异同?
试分析差异原因。
答:
若采用中水箱和上水箱做实验,它的响应曲线要比中水箱和下水箱变化的快。
原因:
因为中水箱和上水箱的回路较中水箱和下水箱短,上升相同的液位高度,中水箱和下水箱要更长的时间。
(注:
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