對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
所謂對(duì)象特性就是指對(duì)象在輸入的作用下，其輸出的變量即被控的變量隨時(shí)間變化的特性。對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)的目的就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握對(duì)象特性曲線(xiàn)的測(cè)量方法。測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，對(duì)象模型參數(shù)的求取。
液位裝置中的液位對(duì)象是自衡對(duì)象，單獨(dú)的水槽是一階對(duì)象，上水槽與下水槽可以組成二階對(duì)象。
對(duì)象參數(shù)的求取
一、傳遞函數(shù)的求取
1、一階對(duì)象
在0.632倍的穩(wěn)態(tài)值處求取時(shí)間常數(shù)T。
2、一階加純滯后的對(duì)象
對(duì)于有純滯后的一階對(duì)象，滯后時(shí)間可直接由圖中測(cè)量出純滯后時(shí)間τ。
3、二階或高階對(duì)象用一階加純滯后的方法在階躍響應(yīng)的拐點(diǎn)（即斜率的最大處）作一切線(xiàn)并與時(shí)間坐標(biāo)軸交與C點(diǎn)，則OC段的值即為純滯后時(shí)間τ，而與CB段的值即為時(shí)間常數(shù)T。
4、放大倍數(shù)K的求取
式中ΔX——調(diào)節(jié)器輸出電流的變化量、mA
Xmax——調(diào)節(jié)器輸出電流的上限值、mA
Xmin——調(diào)節(jié)器輸出電流的下限值、mA
ΔY——液位的變化量、mm
Ymax——液位的上限值、mm
Ymin——液位的下限值、mm
例：實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)器輸出電流由8mA增加到12mA
ΔX=12-8=4Ma
ΔX/(Xmax-Xmin)=4/(20-4)=0.25
ΔY/(Ymax-Ymin)=0.4
則：K=0.4/0.25=1.6
5、實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問(wèn)題
(1)測(cè)試前系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)（平衡狀態(tài)），反應(yīng)曲線(xiàn)的出始點(diǎn)應(yīng)是輸入信號(hào)的開(kāi)始作階躍信號(hào)的瞬間，這一段時(shí)間必須在記錄紙上標(biāo)出，以便推算純滯后時(shí)間τ。測(cè)試與記錄工作必須持續(xù)到輸出參數(shù)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值。
(3)每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)在相同的條件下進(jìn)行兩次以上。只有在所測(cè)試數(shù)據(jù)相同時(shí)方為合格。
(4)為了進(jìn)行線(xiàn)性校驗(yàn)，可作正、負(fù)兩種干擾進(jìn)行比較，也可作不同擾動(dòng)量的實(shí)驗(yàn)。
(5) 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一。它的任務(wù)是：根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID調(diào)節(jié)器的比例度δ，積分時(shí)間TI及微分時(shí)間TD的大小。在簡(jiǎn)單的過(guò)程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的衰減率為主要指標(biāo)，保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量。
調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定的方法很多，概括起來(lái)分為兩大類(lèi):一是理論計(jì)算整定法。它主要依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用控制理論中的根軌跡法頻率特性法等，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定調(diào)節(jié)器的數(shù)值。這種方法不僅計(jì)算繁瑣，而且過(guò)分依賴(lài)數(shù)學(xué)模型，所得到數(shù)據(jù)未必直接可用，還必須通過(guò)實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。因此，理論計(jì)算整定法除了有理論指導(dǎo)意義外，工程實(shí)際中較少采用。二是工程整定法，它主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過(guò)程控制的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單，易于掌握，相當(dāng)實(shí)用，從而在工程實(shí)際中被廣泛采用。
調(diào)節(jié)器的工程整定方法，主要有臨界比例度法、衰減曲線(xiàn)法。
二 臨界比例度法
這是一種閉環(huán)整定方法。由于該方法直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行，不需測(cè)試過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，因?yàn)榉椒ê?jiǎn)單，使用方便，獲得了廣泛的應(yīng)用。具體步驟如下：
● 先將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間TI置于最大（TI=∞）微分時(shí)間TD置零（TD=0）,比例度δ置為較大的數(shù)值，使系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。
● 待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對(duì)設(shè)定值施加一個(gè)階躍擾動(dòng)，并減小δ，直到系統(tǒng)出現(xiàn)如圖1.1所示的等幅振蕩，即臨界振蕩過(guò)程。記錄此時(shí)的δk（臨界比例帶）和等幅振蕩周期Tk。
● 根據(jù)記錄的δk和TK，按表給出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)整器的δ、TI及TD的參數(shù)。
圖2.1 系統(tǒng)的臨界振蕩
表2-1 采用臨界比例度法的整定參數(shù)
 整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律 |
δ（℅） | TI | TD |
| P | 2δk | ||
| PI | 2.2δk | 0.85Tk | |
| PID | 1.7δk | 0.5Tk | 0.125Tk |
三 衰減曲線(xiàn)法
這種方法臨界比例度法相類(lèi)似，所不同的是無(wú)需出現(xiàn)等幅振蕩過(guò)程，具體方法如下：
● 先置調(diào)節(jié)器積分時(shí)間TI =∞,微分時(shí)間TD=0,比例帶δ置于較大的值。將系統(tǒng)投入運(yùn)行。
● 待系統(tǒng)工作穩(wěn)定后，對(duì)設(shè)定值作階躍擾動(dòng)，然后觀(guān)察系統(tǒng)的響應(yīng)。若響應(yīng)振蕩衰減太快，就減小比例帶；反之，則增大比例帶。如此反復(fù)，直到出現(xiàn)如圖3.13a所示的衰減比為4：1的振蕩過(guò)程時(shí)，或者如圖3.13b所示的10：1振蕩過(guò)程時(shí)，記錄此時(shí)的δ值（設(shè)為δs），以及Ts的值（如圖1.2a中所示），或者Tr的值（如圖1.2b中所示）。
圖2.2 系統(tǒng)衰減振蕩曲線(xiàn)
● 按表中所給的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算δ、TI及TD的參數(shù)。
表2-2 衰減曲線(xiàn)法整定計(jì)算公式
| 衰減率 |
整定參數(shù) 調(diào)節(jié)規(guī)律 |
δ（℅） |
 |
 |
|
0.75 |
P | δs | ||
| PI | 1.2δs | 0.5Ts | ||
| PID | 0.8δs | 0.3Ts | 0.1Ts | |
|
0.90 |
P | δs | ||
| PI | 1.2δs | 2Tr | ||
| PID | 0.8δs | 1.2Tr | 0.4Tr |
圖2.2中，Ts為衰減振蕩周期，Tr為響應(yīng)上升時(shí)間。
衰減曲線(xiàn)對(duì)多數(shù)過(guò)程都適用，該方法的缺點(diǎn)是較難確定4：1的衰減程度，從而較難得到準(zhǔn)確的δ、Ti及Td的值。
1.工廠(chǎng)過(guò)程儀表實(shí)操培訓(xùn)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、液位等儀表的回路控制、調(diào)節(jié)，裝置輸入電壓為220V，不銹鋼框架，尺寸為2400*600*1800mm（長(zhǎng)*寬*高）；需配套操作電腦、操作桌椅。
2.所有儀表過(guò)程接口為標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程接口。
3.二次儀表及控制按鈕安裝在不銹鋼網(wǎng)孔板上。
二、設(shè)備組成
1、動(dòng)力系統(tǒng)：1套；
2、有機(jī)玻璃水箱：3套；
3、儲(chǔ)水箱：1套；
4、液位檢測(cè)兩路：磁翻板液位計(jì)和電容液位計(jì)檢測(cè)回路各一路；
5、流量檢測(cè)三路：電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)檢測(cè)各一路；
6、壓力檢測(cè)三路：壓力表就地顯示一路、壓力變送器檢測(cè)回路兩路；
7、溫度檢測(cè)三路：阻電阻、熱電偶和鉑電阻一體式溫度變送器檢測(cè)回路各一路。