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过程控制实验报告

实验一、单容水箱特性的测试

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。计算机及相关软件

3.万用电表一只

三、实验原理

智能调节器手动操作量

磁力愿动泵

电动调节阀VI

△h

图2-1单容水箱特性测试结构图

过程控制实验报告

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

Q1-Q2=0

动态时，则有

Q1—Q2=dv/dt

式中V为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与

dV=Adh,即dV/dt=Adh/dt(3)

A为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得

Q1-Q2=Adh/dt

基于Q2=h/RS,RS为阀V2的液阻，则上式可改写为

Q1-h/RS=Adh/dt

即

ARsdh/dt+h=KQ1

或写作

H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1)

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。

(1)

(2)

H的关系为

(4)

(5)

对上式取拉氏反变换得

h(t)=KR?(1-e~)(6)

过程控制实验报告

当t—〉o时，h(o)=KR0,因而有K=h(?)/RO=输出稳态值/阶跃输入

当t=T时，则有

h(T)=KR0(1—e—1)=0。632KRO=0.632h(o)

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

图2-2单容水箱的单调上升指数曲线

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。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T,BC为对

象的时间常数T,所得的传递函数为：

图2-3单容水箱的阶跃响应曲线

四、实验内容与步骤

过程控制实验报告

1.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.

2。接通总电源和相关的仪表电源，并启动磁力驱动泵。

3.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

4.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。

图2-4单容箱特性响应曲线

5.启动计算机记下水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线.

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正向输入曲线

指重容上水拓对象行性制就实

参数整定

被位测量值

第出值(0P)

成对

世周1M

fgmd

历史曲线

参共些定

想量值PY

DeTe

Timtd

Ywm

过程控制实验报告

是上本每科象控性去试核验

参数整定

液位测量值

输出值(aP)

刚

历史曲线

参数报足

测量流

V*e

负向输入曲线

专盛一，一价展事上木荷对身控拦表域女些

参数整定

俄应测量间

输出值(oP)

强而甲ihswiinpainmi

步数督定

开史班线

燕量年(V

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文册一，一矿单容上水前对学持性别试动的

参数整定

量值

照量值(PV)装出值

国水面

参数整定

历史曲线

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