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2024-08-22 06:38

過(guò)程控制技術(shù)單容水箱特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1.熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型，掌握單容水箱特性的階躍響應(yīng)曲線測(cè)試方法；
2..根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的液位階躍響應(yīng)曲線，確定其特征參數(shù)K、、及傳遞函數(shù)。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1．IPA 1 COMPACT STATION—DDC控制模塊
2．計(jì)算機(jī)及MCGS組態(tài)軟件—DDC控制實(shí)驗(yàn)_ModBusRTU.MCG
3．實(shí)驗(yàn)專用線若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線一根。
三、實(shí)驗(yàn)原理
階躍響應(yīng)測(cè)試法是被控對(duì)象在開(kāi)環(huán)運(yùn)行狀態(tài)下，待工況穩(wěn)定后，通過(guò)控制器手動(dòng)操作改變對(duì)象的輸入信號(hào)（階躍信號(hào)），同時(shí)記錄對(duì)象的輸出數(shù)據(jù)和階躍響應(yīng)曲線。然后根據(jù)跟定對(duì)象模型的形式，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的處理，確定模型中的相關(guān)參數(shù)。
具有自衡能力的單容水箱示意圖如圖2.1所示。

圖2.1.1 具有自衡能力的單容水箱示意圖
 
根據(jù)物料平衡方程，可得出單容液位過(guò)程的傳遞函數(shù)為
                                                （2.1）
考慮到對(duì)象的滯后時(shí)間，則單容液位過(guò)程的傳遞函數(shù)可用式（2.2）表示
                                              （2.2）
通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法，可以測(cè)得一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)模型。
實(shí)驗(yàn)方法如下：

圖2.1.2 具有純滯后的一階慣性對(duì)象的S型階躍響應(yīng)曲線
1．手動(dòng)改變控制器的輸出信號(hào)，觀察被控變量的變化過(guò)程。
2．由階躍響應(yīng)曲線計(jì)算被測(cè)對(duì)象的特征參數(shù)
     對(duì)象的近似模型：
                                                  （2.3）
由圖2.2可得，穩(wěn)態(tài)增益為：
                                                     （2.4）
純滯后時(shí)間與時(shí)間常數(shù)分別為 ：
                                    （2.5）
                                    （2.6）
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（以差壓變送器液位信號(hào)舉例）
1．了解實(shí)驗(yàn)裝置中的對(duì)象，流程圖如圖2.1.3所示。
圖2.1.3 上水箱單容特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)流程圖
2．接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。
在傳感器信號(hào)輸出區(qū)域，將上水箱液位信號(hào)LT1用實(shí)驗(yàn)線連接到DDC控制模塊的AI0信號(hào)輸入端，正負(fù)一一對(duì)應(yīng)。
將DDC控制模塊輸出信號(hào)AO0連接到執(zhí)行器控制信號(hào)輸入?yún)^(qū)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)端口，正負(fù)一一對(duì)應(yīng)。
3．使用485轉(zhuǎn)232通訊線將控制臺(tái)側(cè)邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機(jī)連接。
4．將手動(dòng)閥門1V1、V3、V4打開(kāi)，將手動(dòng)閥門1V2關(guān)閉。
5．先打開(kāi)控制臺(tái)左側(cè)的總電源開(kāi)關(guān)，按“Start”按鈕啟動(dòng)設(shè)備，再打開(kāi)DDC電源開(kāi)關(guān)。
6．運(yùn)行計(jì)算機(jī)上的 DDC控制實(shí)驗(yàn)_ModBusRTU.MCG工程，選擇“系統(tǒng)管理”下拉菜單中的“用戶登錄”。如圖2.1.4所示。

圖2.1.4 MCGS登錄界面
7．出現(xiàn)窗口如圖2.5所示。

圖2.1.5 用戶登錄界面
8．點(diǎn)擊“確認(rèn)”，用戶登錄完畢。選擇“特性實(shí)驗(yàn)”下拉菜單中的“上水箱單容特性實(shí)驗(yàn)”。如圖2.1.6所示。

圖2.1.6“特性實(shí)驗(yàn)”下拉菜單
9．出現(xiàn)如圖2.1.7所示的“單容特性實(shí)驗(yàn)”界面。

圖2.1.7 “單容特性實(shí)驗(yàn)”界面
10．點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置”，出現(xiàn)的界面如圖2.8所示。

圖2.1.8 “參數(shù)設(shè)置”界面
11．將AI0設(shè)置為0 – 30。點(diǎn)擊退出，參數(shù)設(shè)置完畢。
12．設(shè)置閥門開(kāi)度值（如：25%），在控制臺(tái)上打開(kāi)水泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電源。
13．增大閥門開(kāi)度值，使系統(tǒng)輸入幅值適宜的階躍信號(hào)（階躍信號(hào)不要太大，估計(jì)上水箱水不要溢出），這時(shí)系統(tǒng)輸出也有一個(gè)變化的信號(hào)，使系統(tǒng)在較高液位也能達(dá)到平衡狀態(tài)。記下此時(shí)的電流值。
14．觀察計(jì)算機(jī)上的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線，直至達(dá)到新的平衡為止。
15．將閥門開(kāi)度設(shè)置回原來(lái)的值，記錄一條液位下降的曲線。
16．曲線的分析處理，對(duì)實(shí)驗(yàn)的記錄曲線分別進(jìn)行分析和處理，處理結(jié)果記錄于表中。
17．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉水泵1、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電源，拆除實(shí)驗(yàn)線。
 
 
 
 
階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)處理記錄表
       
測(cè)量值況
參數(shù)值		 低液位
K1  T1 τ1
   1      
   2      
   平均值      
 
按常規(guī)內(nèi)容編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并根據(jù)K、T、τ平均值寫(xiě)出廣義的傳遞函數(shù)。
五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1. 畫(huà)出單容水箱液位特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)框圖。
2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計(jì)算出單容水箱液位對(duì)象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。
六、思考題
1. 做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意改變出水閥V3開(kāi)度的大��？
2. 用響應(yīng)曲線法確定對(duì)象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，其精度與那些因素有關(guān)？

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