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2024-08-22 06:38

過程控制技術(shù)單容水箱特性測試實驗

一、實驗目的
1.熟悉單容水箱的數(shù)學模型,掌握單容水箱特性的階躍響應曲線測試方法;
2..根據(jù)實驗測得的液位階躍響應曲線,確定其特征參數(shù)K、、及傳遞函數(shù)。
二、實驗設備
1.IPA 1 COMPACT STATION—DDC控制模塊
2.計算機及MCGS組態(tài)軟件—DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG
3.實驗專用線若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線一根。
三、實驗原理
階躍響應測試法是被控對象在開環(huán)運行狀態(tài)下,待工況穩(wěn)定后,通過控制器手動操作改變對象的輸入信號(階躍信號),同時記錄對象的輸出數(shù)據(jù)和階躍響應曲線。然后根據(jù)跟定對象模型的形式,對實驗數(shù)據(jù)進行合理的處理,確定模型中的相關(guān)參數(shù)。
具有自衡能力的單容水箱示意圖如圖2.1所示。

2.1.1 具有自衡能力的單容水箱示意圖
 
根據(jù)物料平衡方程,可得出單容液位過程的傳遞函數(shù)為
                                                (2.1)
考慮到對象的滯后時間,則單容液位過程的傳遞函數(shù)可用式(2.2)表示
                                              (2.2)
通過實驗的方法,可以測得一階系統(tǒng)的階躍響應模型。
實驗方法如下:

2.1.2 具有純滯后的一階慣性對象的S型階躍響應曲線
1.手動改變控制器的輸出信號,觀察被控變量的變化過程。
2.由階躍響應曲線計算被測對象的特征參數(shù)
     對象的近似模型:
                                                  (2.3)
由圖2.2可得,穩(wěn)態(tài)增益為:
                                                     (2.4)
純滯后時間與時間常數(shù)分別為 :
                                    (2.5)
                                    (2.6)
四、實驗內(nèi)容與步驟(以差壓變送器液位信號舉例)
1.了解實驗裝置中的對象,流程圖如圖2.1.3所示。
2.1.3 上水箱單容特性測試實驗流程圖
2.接好實驗導線。
在傳感器信號輸出區(qū)域,將上水箱液位信號LT1用實驗線連接到DDC控制模塊的AI0信號輸入端,正負一一對應。
將DDC控制模塊輸出信號AO0連接到執(zhí)行器控制信號輸入?yún)^(qū)的電動調(diào)節(jié)閥控制信號端口,正負一一對應。
3.使用485轉(zhuǎn)232通訊線將控制臺側(cè)邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機連接。
4.將手動閥門1V1、V3、V4打開,將手動閥門1V2關(guān)閉。
5.先打開控制臺左側(cè)的總電源開關(guān),按“Start”按鈕啟動設備,再打開DDC電源開關(guān)。
6.運行計算機上的 DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG工程,選擇“系統(tǒng)管理”下拉菜單中的“用戶登錄”。如圖2.1.4所示。

圖2.1.4 MCGS登錄界面
7.出現(xiàn)窗口如圖2.5所示。

圖2.1.5 用戶登錄界面
8.點擊“確認”,用戶登錄完畢。選擇“特性實驗”下拉菜單中的“上水箱單容特性實驗”。如圖2.1.6所示。

圖2.1.6“特性實驗”下拉菜單
9.出現(xiàn)如圖2.1.7所示的“單容特性實驗”界面。

圖2.1.7 “單容特性實驗”界面
10.點擊“參數(shù)設置”,出現(xiàn)的界面如圖2.8所示。

圖2.1.8 “參數(shù)設置”界面
11.將AI0設置為0 – 30。點擊退出,參數(shù)設置完畢。
12.設置閥門開度值(如:25%),在控制臺上打開水泵、電動調(diào)節(jié)閥電源。
13.增大閥門開度值,使系統(tǒng)輸入幅值適宜的階躍信號(階躍信號不要太大,估計上水箱水不要溢出),這時系統(tǒng)輸出也有一個變化的信號,使系統(tǒng)在較高液位也能達到平衡狀態(tài)。記下此時的電流值。
14.觀察計算機上的實時曲線和歷史曲線,直至達到新的平衡為止。
15.將閥門開度設置回原來的值,記錄一條液位下降的曲線。
16.曲線的分析處理,對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理,處理結(jié)果記錄于表中。
17.實驗結(jié)束后,關(guān)閉水泵1、電動調(diào)節(jié)閥電源,拆除實驗線。
 
 
 
 
階躍響應曲線數(shù)據(jù)處理記錄表

       
測量值況
參數(shù)值
低液位
K1  T1 τ1
   1      
   2      
   平均值      
 
按常規(guī)內(nèi)容編寫實驗報告,并根據(jù)K、T、τ平均值寫出廣義的傳遞函數(shù)。
五、實驗報告要求
1. 畫出單容水箱液位特性測試實驗的結(jié)構(gòu)框圖。
2. 根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)及曲線,分析并計算出單容水箱液位對象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。
六、思考題
1. 做本實驗時,為什么不能任意改變出水閥V3開度的大。
2. 用響應曲線法確定對象的數(shù)學模型時,其精度與那些因素有關(guān)?