双容水箱对象特性测试实验.docx

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双容水箱对象特性测试实验

上海电力学院实验报告

过程控制系统实验课程

题目双容水箱对象特性测试实验

班级

姓名

学号

时间2010年4月28日

上海电力学院电力与自动化工程学院

一、实验目的

1、了解双容对象的动态特性及其数学模型

2、熟悉双容对象动态特性的实验测定法原理

3、掌握双容水箱特性的测定方法

二、实验设备

1、四水箱实验系统DDC实验软件

2、PC机（WindowXP操作系统）

三、双容对象特性实验测定法原理

系统连线图

系统连线图

飞升曲线实验测定方法的具体步骤如下：

A、选择工作点

给定控制量，让双容水箱对象的液位稳定

B、测绘阶跃曲线

让控制量做阶跃变化，并测绘双容水箱液位随时间变化的曲线

图3飞升曲线

C、获得对象的动特性

假定在输入量变化量为uΔ时测绘的飞升曲线如下图3所示：

因此，可估算双容水箱的模型为

其中

于是用实验法测出了双容水箱的动特性。

四、实验步骤

1、进入实验

运行四水箱DDC实验系统软件，进入首页界面，单击“实物模型”单选框，选择实验模式为实物模型；

单击实验菜单，进入双容水箱特性测试实验界面。

2、选择执行机构

在实验系统中有两个执行机构，分别由控制量“U1”和“U2”控制。

这两个控制量的范围为0～100，可以自行选择一个作为控制量。

这里假定我们选择“U1”作为控制量。

3、选择双容对象

实验系统有四个水箱：

水箱1、水箱2、水箱3和水箱4，它们对应的液位分别用H1、H2、H3和H4表示，其中水箱3和水箱1、水箱4和水箱2可以分别串接成两组双容水箱，可以自行选择一组双容水箱作为被测定对象。

这里假定我们选择水箱1和水箱3串接的双容水箱，对应待测液位变量为H1。

4、组成控制回路

我们期望构成的控制量为U1，被测量为H1的控制回路，为此根据连接图，我们需打开水箱1和3的进水阀，关闭其它进水阀。

也可选择其它的双容对象构成控制回路。

5、选择工作点

控制量“U1”或“U2”控制执行机构，通过构造的控制回路，使被测的单容水箱的液位稳定在某个点。

具体设置方式如下：

实物图如图4所示

图4工作点设置图

选择控制量“U1”或“U2”，

如上图4所示，单击实验界面中的调节阀图标，进入输出设置窗体，如下图5所示：

图5输出设置窗口

在窗体中，通过键盘输入期望的值。

如果选择“U2”作为控制量，也可以参考上述方法进行设置。

6、控制量阶跃变化

当单容水箱的液位稳定在工作点时，让控制量作阶跃变化。

这里，以控制量“U1”为例，让U1从30跳变到35，可以根据实际的效果选择跳变的幅度。

五、实验数据记录及处理：

第一组数据：

根据实验数据绘制阶跃曲线如下:

根据阶跃曲线利用切线法计算传递函数方程如下

利用两点法计算传递函数

第二组数据

根据数据绘制阶跃曲线:

利用切线法计算传递函数

利用两点法计算传递函数

第三组数据

绘制曲线:

六、实验心得

本次实验是过程控制这门课的第一个实验，在老师的讲解下，我们的实验上手很快，并很快取得了头一个稳定状态，有了第一个的经验，我们之后的实验进行的很顺利，但是在数据处理时发现，并不是每一个曲线都是理想的二阶系统，自己在思考后，也给出的相应的解释，还请老师指点，有了实验的经历，我们更好的理解了双荣水箱的特性，理论结合实践，对我们的学习给予了很大的帮助。

思考题

1、简述实验法测定双容水箱动特性的过程。

答：

本系统由电动调节阀作为控制量，水箱的液位H1和H2作为被控量。

水箱里液位的变化，由压力传感器经过I/O接口的A/D转换成数字信号，送入计算机端口。

计算机通过改变调节阀的开度向水箱加水来控制水箱的液位高度。

最终达到稳定后，通过对其响应曲线的研究，最终得到双容水箱的动态特性。

2、双容水箱对象特性与单容水箱对象特性有什么区别？

答：

本次试验是通过电动调节阀改变上水箱的流入量，来观测下水箱的液位变化，当给上水箱一个阶跃增量（减量）时，根据绘出曲线，可以看出上水箱可近似为一个一阶系统，如下图：

即为一个单容水箱，而下水箱可根据绘出的曲线看出，应该是以个二阶系统或者也可以是一个二阶之后系统，如下图：

实验所得曲线：