實(shí)驗(yàn)一單容水箱對象特性的測試(優(yōu).選)

1、實(shí)驗(yàn)一、單容水箱對象特性的測試實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解本實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)與組成，掌握壓力變送器的使用方法。2、掌握實(shí)驗(yàn)裝置的基本操作與變送器儀表的調(diào)整方法。3、了解單容水箱的自衡特性掌握單容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。4、實(shí)測單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法分別確定它們的參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、THKGK-1型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置GK-02GK-03GK-04GK-072、萬用表一只三、實(shí)驗(yàn)原理階躍響應(yīng)測試法是被控對象在開環(huán)運(yùn)行狀況下，待工況穩(wěn)定后，通過調(diào)節(jié)器手動(dòng)改變對象的輸入 信號(hào)（階躍信號(hào)）。同時(shí)，記錄對象的輸出數(shù)據(jù)和階躍響應(yīng)曲線，然后根據(jù)給定對象模型的結(jié)構(gòu)形式，對 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的處理，確

2、定模型中的相關(guān)參數(shù)。圖解法是確定模型參數(shù)的一種實(shí)用方法，不同的模型結(jié)構(gòu)，有不同的圖解方法。 單容水箱的數(shù)學(xué)模型可用一階慣性環(huán)節(jié)來近似描述，且用下述方法求取對象的特征參數(shù)。 單容水箱液位開環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示：圖2-1、單容水箱液位開環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖設(shè)水箱的進(jìn)水量為Q1,出水量為Q2,水箱的液面高度為h,出水閥V2固定于某一開度值。根據(jù) 物料動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)系，求得：R2Ch R2 Qdt在零初始條件下，對上式求拉氏變換，得：G OS rCKTS 12-1式中，T=R2*C為水箱的時(shí)間常數(shù)（注意：閥V2的開度大小會(huì)影響到水箱的時(shí)間常數(shù)），K=R2為過程的放大倍數(shù)，也是閥V2的液阻，C為水箱的底面積

3、。令輸入流量Q1 (S) =RO/S, RO為常量，則輸出 液位的高度為：H(S)倚愕KR0S 1/T2-2-丄th(t) KRo(1-eT)時(shí)，2-3h()h()RoKRo .因而有輸出穩(wěn)態(tài)值階躍輸入一單調(diào)知該曲以通過t圖2-2階躍響應(yīng)曲線dh(t)dt上式表示h (t)g)。式(2-2)中的K值由下式求取:KR0 1tT e若以在原點(diǎn)時(shí)的速度h (g) /T恒速變化，即只要花T秒時(shí)間就可達(dá)到穩(wěn)態(tài)值hKR0Th()T(2-5)T時(shí),則有-12-4h(T)KRo(1 -e ) 0.632KR o 0.632h(式(2-3)表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是上升的指數(shù)函數(shù)，如圖2-2所示。由式(2-4

4、)可 線上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2%所對應(yīng)的時(shí) 間，就是水箱的時(shí)間常數(shù)T。該時(shí)間常數(shù)T也可 坐標(biāo)原點(diǎn)對響應(yīng)曲線作切線，此切線與穩(wěn) 態(tài)值的交點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間就是時(shí)間常數(shù)To其理論依據(jù)是:K = h(g )/R0 =輸入穩(wěn)態(tài)值/階躍輸入四、實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)框圖mo1Vrj Ifei下水箝儲(chǔ)水箱圖1-1、液位、壓力、流量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、設(shè)備組裝與檢查：1）、將GK-02、GK-03、GK-04、GK-07掛箱由右至左依次掛于實(shí)驗(yàn)屏上。并將掛件的三芯藍(lán)插頭 插于相應(yīng)的插座中。2）、先打開空氣開關(guān)再打開鑰匙開關(guān)，此時(shí)停止按鈕紅燈亮。3）、按下起動(dòng)按鈕，此時(shí)交流電壓表指示為220V，所有的三

5、芯藍(lán)插座得電。4）、關(guān)閉各個(gè)掛件的電源進(jìn)行連線。2、系統(tǒng)接線：1）、交流支路1 :將GK-04 PID調(diào)節(jié)器的自動(dòng)/手動(dòng)切換開關(guān)撥到“手動(dòng)”位置，并將其“輸出”接GK-07變頻器的“2”與“5”兩端（注意：2正、5負(fù)），GK-07的輸出“A、B、C”接到GK-01面板上三相異步電機(jī)的“U1、V1、W1”輸入端；GK-07的“SD”與“STR”短接，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)磁 力泵打水（若此時(shí)電機(jī)為反轉(zhuǎn)，則“SD”與“STF'短接）。2）、交流支路2:將GK-04 PID調(diào)節(jié)器的給定“輸出”端接到GK-07變頻器的“2”與“5”兩端 （注意：2正、5負(fù)）；將GK-07變頻器的輸出“A、B、C'

6、接到GK-01面板上三相異步電機(jī)的“U2、V2、W2”輸入端；GK-07的“SD”與“STR'短接，使電機(jī)正轉(zhuǎn)打水（若此時(shí)電機(jī)為反轉(zhuǎn)，則 “SD” 與“ STF'短接）。3、儀表調(diào)整：（儀表的零位與增益調(diào)節(jié)）在GK-02掛件上面有四組傳感器檢測信號(hào)輸出：LT1、PT、LT2、FT （輸出標(biāo)準(zhǔn)DC05V）, 它們旁邊分別設(shè)有數(shù)字顯示器，以顯示相應(yīng)水位高度、壓力、流量的值。對象系統(tǒng)左邊支架上有兩 只外表為藍(lán)色的壓力變送器，當(dāng)擰開其右邊的蓋子時(shí)，它里面有兩個(gè)3296型電位器，這兩個(gè)電位 器用于調(diào)節(jié)傳感器的零點(diǎn)和增益的大小。（標(biāo)有ZERO的是調(diào)零電位器，標(biāo)有SPAN的是調(diào)增益電 位器）

7、儀表的調(diào)整步驟如下：1）、首先我們在水箱沒水時(shí)調(diào)節(jié)零位電位器，使其輸出顯示數(shù)值為零。2）、用交流支路1打水（也可以用交流支路2打水）：打開閥1、閥3、閥4,關(guān)閉閥5、閥6、閥7 然后開啟GK-07變頻器及GK-04給定啟動(dòng)三相磁力泵給上、下水箱打水，使其液面均上升至10cm 高度后停止打水。3）、看各自表頭顯示數(shù)值是否與實(shí)際水箱液位高度相同，如果不相同則要調(diào)節(jié)增益電位器使其輸出 大小與實(shí)際水箱液位的高度相同，同法調(diào)節(jié)上、下水箱壓力變送器的零位和增益。4）、按上述方法對壓力變送器進(jìn)行零點(diǎn)和增益的調(diào)節(jié)，如果一次不夠可以多調(diào)節(jié)幾次，使得實(shí)驗(yàn)效 果更佳。4、數(shù)據(jù)測量1）、儀表調(diào)整完畢后，將單片機(jī)控制掛

8、箱GK-03的輸入信號(hào)端“LT1、LT2”分別與GK-02的傳感 器輸出端“LT1、LT2”相連；用配套R(shí)S232通訊線 將GK-03的“串行通信口”與計(jì)算機(jī)的COM1 連接；打開所有電源開關(guān)用單片機(jī)進(jìn)行液位實(shí)時(shí)監(jiān)測；然后用上位機(jī)控制監(jiān)控軟件對液位進(jìn)行監(jiān)視 并記錄過程曲線。2）、利用PID調(diào)節(jié)器的手動(dòng)旋鈕調(diào)節(jié)輸出，將被控參數(shù)液位控制在4cm左右。3）觀察系統(tǒng)的被調(diào)量一一水箱的水位是否趨于平衡狀態(tài)。若已平衡，記錄此時(shí)調(diào)節(jié)器手動(dòng)輸出值 VO以及水箱水位的高度h1和顯示儀表LT1的讀數(shù)值并填入下表。變頻器輸出頻率f手動(dòng)輸出Vo水箱水位高度h1LT1顯示值HZvcmcm6、迅速增調(diào)“手動(dòng)調(diào)節(jié)”電位器，使PID的輸出突加10%，利用上位機(jī)監(jiān)控軟件記下由此引起的 階躍響應(yīng)的過程曲線，并根據(jù)所得曲線填寫下表。變頻器輸出頻率fPID輸出Vo水箱水位高度h1LT1顯示值HZvcmcm7、將“手動(dòng)調(diào)節(jié)”電位器回調(diào)到步驟5)前的位置，再用秒表和數(shù)字表記錄由此引起的階躍響應(yīng)過 程參數(shù)與曲線。填入下表：t (s)水箱水位h1(cm)LT1讀數(shù) (cm)8、重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。六、注意事項(xiàng)1做本實(shí)驗(yàn)過程中，閥V1和V2不得任意改變開度大??；2、階躍信號(hào)不能取得太大，以免影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；但也不能過小，以防止對象特性的不真實(shí)性。 一般階躍信號(hào)