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热电偶测温系统的辨识实验 指导老师：李永新教授 专 业：精密仪器及机械 所在院系：机械工程学院 姓 名：蒋帆 学 号：111010158 热电偶传感器测温系统的辨识实验 一．实验过程介绍以及研究工作的具体目标 1.实验目的 通过实验了解热电偶测温原理及方法YE3817C型应变放大器，AD转换器ICL7109, 数据采集卡，PC机 一台。 3.实验内容 利用热电偶传感器测量系统，获得阶跃信号的响应特性曲线，确定系统阶数， 从而确定系统模型并对模型参数进行辨识，最后补偿系统动态特性并作评估。 4.实验原理 本实验是基于热电偶传感器的工作原理。热电偶是一种感温元件它直接测温度，并把温度信号转换成热电动势信号热电偶测温的基本原理是两种不成份的材质导体（称为热电偶丝材或热电极）组成闭合回路，当接合点两温度不同，存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为电极，温度较高的一端为工作端（也称为测量端），温度较低的一端为自由（也称为补偿端），自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在 0℃时的条件下得的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热 电势将保持不变，即受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测 量仪测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。YE3817C型应变放大器，AD转换器ICL7109, PC机连接好，组成一个完整的测温系统。 （2）将K型热电偶传感器放进热水中，产生一个阶跃信号，观察实验现象，经过多次试验，通过labview及数据采集卡得到实验数据。 （3）利用数据进行系统辨识和动态特性补偿，并作出评估。 6.研究工作的具体目标 本实验以有效抑制动态测量误差，提高动态测量结果的精度为目标。 首先通过实验以及理论知识获取待辨识系统的阶数，再对应相应的阶数设出待辨识系统的传递函数，通过matlab相关函数求解出相关参数的具体数值。最后通过动态特性补偿滤波器得出失真较小的传递函数。 二．实验数据分析 1.根据多组实验数据确定模型的阶次。 如图1所示，是在采样频率为1000Hz，放大倍数是2k，应变仪的截止频率100Hz时系统的阶跃响应。 因为数据较多，在这里不附加贴出。 图1 如图2所示，是在采样频率为1000Hz，放大倍数是1k，应变仪的截止频率100Hz时系统的阶跃响应。 因为数据较多，在这里不附加贴出。 图2 如图3所示，是在采样频率为1000Hz，放大倍数是1k，应变仪的截止频率10Hz时系统的阶跃响应。 因为数据较多，在这里不附加贴出。 图3 如图4所示，是在采样频率为10Hz，放大倍数是1k，应变仪的截止频率10Hz时系统的阶跃响应。 因为数据较多，在这里不附加贴出。 图4 如图5所示，是在采样频率为20Hz，放大倍数是1k，应变仪的截止频率10Hz时系统的阶跃响应。 因为数据较多，在这里不附加贴出。 图5 如图6所示，是在采样频率为100Hz，放大倍数是1k，应变仪的截止频率10Hz时系统的阶跃响应。 因为数据较多，在这里不附加贴出。 图6 这里选用第一组数据进行辨识。 系统模型的辨识采用F检验结合最小二乘法确定。当模型的阶增加到1时，F3，Jn的减少是显著的：当阶数n继续增加时，F《3，即Jn的减少已经不显著了。因此，可以适宜的模型阶次为n=1。 系统辨识采用时域辨识法，根据系统阶跃响应波形，初步判断系统为近似一阶系统，设离散系统模型（离散传递函数）为、及为待辨识的系统参数，这里选用第一组实验数据得到参数辨识结果为图7（matlab程序见附录）： 图7 matlab计算结果 5.726e-005 z - 4.966e-005 所以由以上可得： H(z)= --------------------------- z – 1 通过双线性逆变换，得到系统连续传递函数为： 5.347e-005 s + 0.007599 H(s)=--------------------------------- s + 0.1155 三．动态特性补偿 这里准备采用数字补偿的方法。 通过双线系统频率响应特性如图8所示：： 图8 在确定补偿合成系统的同频带时，必须保证原测量系统的增益在此频带内不会过小。经验表明，一般情况下，应当保证原测量系统在