雙容水箱液位特性測試實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1．熟悉雙容水箱的數(shù)學(xué)模型，掌握雙容水箱特性的階躍響應(yīng)曲線測試方法；2．根據(jù)由實(shí)驗(yàn)測得的雙容液位的階躍響應(yīng)曲線，確定其特征參數(shù)K、
、
及傳遞函數(shù)；二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1．IPA 1 COMPACT STATION—DDC控制模塊
2．計(jì)算機(jī)及MCGS組態(tài)軟件—DDC控制實(shí)驗(yàn)_ModBusRTU.MCG
3．實(shí)驗(yàn)專用線若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線一根。
三、實(shí)驗(yàn)原理
雙容水箱示意圖如圖2.1.9所示。
圖2.1.9 具有自衡能力的單容水箱示意圖
根據(jù)物料平衡方程，可得出雙容液位過程的傳遞函數(shù)為
（2.7）考慮到對(duì)象的滯后時(shí)間，則單容液位過程的傳遞函數(shù)可用式（2.8）表示
（2.8）增益K的計(jì)算方法與一階系統(tǒng)的求法相同，即：
（2.9）再根據(jù)階躍響應(yīng)曲線脫離起始的毫無反應(yīng)的階段，開始出現(xiàn)變化的時(shí)候，就可以確定參數(shù)
。剩下的問題就是用式（2.10）來擬合已去掉純延遲部分并已化為無量綱形式的階躍響應(yīng)
：
（2.10）式（2.10）對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)為：
（2.11）根據(jù)上式，就可以利用階躍響應(yīng)上兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)
和
確定參數(shù)
和
。例如，可以取分別等于0.4和0.8，從曲線上定出
和
。如圖2.1.10所示。
圖2.1.10根據(jù)階躍響應(yīng)曲線上兩個(gè)點(diǎn)確定
和
聯(lián)立方程如下式所示：
（2.12）上式的近似解為：
（2.13）
（2.14）對(duì)于用式（2.8）表示的二階對(duì)象，應(yīng)有：
（2.15）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟
1．了解實(shí)驗(yàn)裝置中的對(duì)象，流程圖如圖2.1.11所示。
圖 2.1.11上下水箱雙容特性測試實(shí)驗(yàn)流程圖
2．接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。
在傳感器信號(hào)輸出區(qū)域，將下水箱液位信號(hào)LT2用實(shí)驗(yàn)線連接到DDC控制模塊的AI0信號(hào)輸入端，正負(fù)一一對(duì)應(yīng)。
將DDC控制模塊輸出信號(hào)AO0連接到執(zhí)行器控制信號(hào)輸入?yún)^(qū)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)端口，正負(fù)一一對(duì)應(yīng)。
3．使用485轉(zhuǎn)232通訊線將控制臺(tái)側(cè)邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機(jī)連接。
4．將手動(dòng)閥門1V1、V3、V4打開，將1V2關(guān)閉。
5．先打開控制臺(tái)左側(cè)的總電源開關(guān)，按“Start”按鈕啟動(dòng)設(shè)備，再打開DDC電源開關(guān)。
6．在控制板上打開水泵、電動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電源開關(guān)。
7．打開計(jì)算機(jī)上的 MCGS運(yùn)行環(huán)境，選擇“系統(tǒng)管理”下拉菜單中的“用戶登錄”。如圖2.1.12所示。
圖2.1.12MCGS工作界面
8．出現(xiàn)的窗口如圖2.1.13所示。
圖2.1.13用戶登錄”界面
9．點(diǎn)擊“確認(rèn)”，用戶登錄完畢。選擇“特性實(shí)驗(yàn)”下拉菜單中的“上下水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)”。如圖2.1.14所示。
圖2.1.14“特性實(shí)驗(yàn)”下拉菜單
10．出現(xiàn)如圖2.1.15所示的“上下水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)”界面。
圖2.1.15 “上下水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)”界面
11．點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置”，出現(xiàn)的界面如圖2.1.16所示。
圖2.1.16 “參數(shù)設(shè)置”界面
12．將AI0設(shè)置為0 – 30。點(diǎn)擊退出，參數(shù)設(shè)置完畢。
13．設(shè)置閥門開度值，使下水箱液位處于某一平衡位置，記下此時(shí)的閥門開度值和電流值。
14．增大閥門開度值，使系統(tǒng)輸入幅值適宜的階躍信號(hào)（階躍信號(hào)不要太大，估計(jì)上水箱水不要溢出），這時(shí)系統(tǒng)輸出也有一個(gè)變化的信號(hào)，使系統(tǒng)在較高液位也能達(dá)到平衡狀態(tài)。記下此時(shí)的電流值。
15．對(duì)實(shí)驗(yàn)的記錄曲線分別進(jìn)行分析和處理，處理結(jié)果記錄表中
階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)處理記錄表
|
測量情況 參數(shù)值 |
|||
| K1 | T1 | τ1 | |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 平均值 | |||
五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1．畫出雙容水箱液位特性測試實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)框圖。
2． 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計(jì)算出雙容水箱液位對(duì)象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。
六、思考題
1． 做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意改變兩個(gè)出水閥開度的大小？
2． 為什么正向輸入和反向輸入的K、T，t有所不同？
3． 引起雙容對(duì)象滯后的因素主要有哪些？