课程方案设计书指导书2.docVIP

热工过程自动调节课程设计 指 导 书 1. 单容水箱动态特性测取 1.1 单容水箱动态特性测取目的 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和传递函数。 1.2单容水箱动态特性测取原理 图1-1单容水箱特性测试结构图 由图1-1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。根据物质平衡关系，在平衡状态时 Q10-Q20=0 （1） 动态时，则有 Q1-Q2= （2） 式中V为水箱的贮水容积，为水贮存量的变化率，它与H的关系为 ，即= A （3） A为水箱的底面积。把式（3）代入式（2）得 Q1-Q2=A （4） 基于Q2=，RS为阀V2的液阻，则上式可改写为 Q1-= A 即 ARS+h=KQ1 或写作 = （5） 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。 若令Q1（S）=，R0=常数，则式（5）可改为 H（S）=×=K- 对上式取拉氏反变换得 h(t)=KR0(1-e-t/T) （6） 当t—∞时，h（∞）=KR0，因而有 K=h（∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入 当t=T时，则有 h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞) 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 图1-2 单容水箱的单调上升指数曲线 的时间，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，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1-3，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1-3中OB即为对象的滞后时间τ，BC为对象的时间T 常数T，所得的传递函数为：H(S)= 图1-3 单容水箱的阶跃响应曲线 1.3 单容水箱动态特性测取内容与步骤 1．按图1-1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1-4所示。 图1-4单容水箱特性响应曲线 5．启动计算机记下水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线。 6．把由实验曲线所得的结果填入下表。 参数值 测量值 液位h K T τ 正向输入 负向输入 平均值 2. 双容水箱动态特性测取 2.1 测取目的 1. 掌握双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和传递函数。 2.2双容水箱动态特性测取原理 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2-2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)）） 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=t2=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 G（S）= 2.3 双容水箱动态特性测取内容与步骤 (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/