自控13级过程控制实验指导书讲述.doc

过程控制实验指导书 控制工程系106实验室 自动化学院 2014.4  实验二、一阶单容上水箱对象特性测试实验 一、实验目的 1）、熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 2）、根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。 二、实验设备 1）、 AE2000A型过程控制实验装置： 配置：万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。 三、系统结构框图 单容水箱如图1-1所示： 图1-1、 单容水箱系统结构图 四、实验原理 阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。同时，记录对象的输出数据或阶跃响应曲线，然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。 图解法是确定模型参数的一种实用方法，不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定 于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得： 式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2*C，K=R2为过程的放大倍数，R2为V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。令输入流量Q1（S）=RO/S，RO为常量，则输出液位的高度为： 当t=T时，则有： h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR0(1-e-t/T) 当t—∞时，h（∞）=KR0，因而有 K=h（∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入 式（1-2）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1-2所示。当由实验求得图1-2所示的 阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T，该时间常数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，其理论依据是： 上式表示h（t）若以在原点时的速度h（∞）/T 恒速变化，即只要花T秒时间就可达到稳态值h（∞）。 五、实验内容和步骤 设备的连接和检查： （1） （2）、首先打开手动阀阀1、阀4、阀7、阀15，然后将自动/手动切换开关打到手动方式上，在手动操作面板上打开主阀门电磁阀、电动调节阀、上水箱阀门电磁阀，一切准备好后再打开增压泵的电源开关。 关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。 （3）、打开上水箱的出水阀：阀7至适当开度。 （4）、检查电源开关是否关闭 2、对象管路图： 增压泵、电动调节阀和各个手动阀、电磁阀所处状态： 1）、手动阀：阀1、阀4、阀7、阀15均应处于打开状态，其它手动阀均关闭。 2）、手动操作面板钮子开关状态： 名称 主阀门电磁阀 上水箱阀门电磁阀 电动调节阀 增压泵 手动操作面板 开 开 开 开 其它电磁阀均处于关闭状态。 3、系统连线图： 图1-3、 实验接线图 1）、如图1-3所示：将I/O信号接口面板上的上水箱液位的钮子开关打到OFF位置。 2）、将上水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV的+极），上水箱液位-（负极 ）接到智能调节仪的2端（即RSV的负极）。 3）、将智能调节仪的4~20mA输出端的7端（即+极）接至电动调节阀的4~20mA输入端的+端（即正极），将智能调节仪的4~20mA输出端的5端（即-极）接至电动调节阀的4~20mA输入端的-（即负极）。 4）、电源控制板上的三相电源、单相Ⅰ、Ⅱ的空气开关打在关的位置。 5）、电动调节阀的~220V电源开关打在关的位置 。 6）、智能调节仪的~220V电源开关打在关的位置 。 7）、增压泵电源开关打在关的位置。 4、启动实验装置 1）、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源上。 2）、打开电源三相带漏电保护空气开关,电压表指示380V。 3）、打开总电源钥匙开关，按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源。 5、实验步骤 1）、开启总电源、单相Ⅰ、Ⅱ空气开关，根据仪表使用说明书和液位传感器使用说明调整好仪表各项参数和液位传感器的零位、增益，仪表输出方式设为手动输出，初始值为0。 2）、启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统