北京化工大学实验二对象特性测试罗祖华

1、实验二对象特性测试课程：过程控制班 级：自实1301完成人及学号：韩雨薇2013014476小组成员及学号：荆家玮2013014470小组成员及学号：雒天骄 2013014444完成日期： 2016 年3月23日一实验要求1. 简述实验的基本原理、方法和特点，明确适用范围；2将获得的实验数据整理好，利用 Excel或Matlab等对实验数据进行处 理；去掉多余的数据（如：实验准备部分），针对不同测试输入，画出对应 的响应曲线，反向变化数据可进行数据反向后画出，每组曲线一图，可加 画往返变化的曲线对比图，但要对曲线进行注释；3. 画图前应对数据进行归一化处理，必要时可进行滤波，再绘制出实验曲 线

2、图，计算出相应的参数（K、T、t）;4. 从实验曲线数据中，分别计算一阶对象、二阶对象的模型参数K、T、t : 对一阶对象的时间常数，可采用 0.632法；对于二阶时间对象，可利用切 线法将二阶系统近似为一阶+纯滞后模型。5. （自控专业必做）按照二阶或 n阶惯性环节的处理方法，获得二阶对象参数T1、T2和t 1:6. 对不同条件下的对象特性测试结果进行分析、讨论，给出自己的结论和 实验的收获，根据不同通道和不同对象参数下对象的特点，预计控制的效 果，并给出理由；7. 分析用上述方法测试获得的数学模型有什么局限性？8. （自控专业必做）利用Matlab的Simulink功能，组成一阶、二阶对象

3、， 放入实测得到的K、T、t,观察其阶跃响应曲线；在这些参数基础上依次 小幅改变这些参数，观察其对象特性曲线的变化规律，并进行总结；9. （自控专业必做）分析水箱出口闸板高度对对象的哪些参数有什么影响？实验结果1.实验的基本原理、方法和特点，适用范围本实验使用对象特性的开环测试方法一一阶跃曲线法，阶跃信号通常是手动作用控制。通过给被测对象施加一个阶跃测试信号，让被控参数在输入作用下产生“自由运动”（注 意：这一运动仅是在一定约束条件下进行的），从而获得被控对象在输入作用下的自身 变化的过程响应曲线。经过数据处理，可得到（一阶、二阶）模型的结构和相关参数。该方法适于现场应用，测试时间短，数据处理

4、简单；缺点是精度不高，易受干扰和仅适 用于自衡对象。2. 实验结果曲线的获取及处理中水箱液位阶跃响应总趋势图（MV: 50畑60% 50% 40% 50%）阶跃输入往返对比图:3Q28262422?01fi0100200300400500600700时间下水箱液位阶跃响应总趋势图(MV: 50炽60%50%40%50%)阶跃输入往返对比图440100200300400500600700时间注譽运4323028MV.40%0%262016112 111010020030040050060070080000时何345通过实验曲线求对象参数中水箱中水箱为一阶惯性环节，传函模型为：W(s) = Ko/

5、(Tos l)。选取MV:50%f 60%是的响应曲线求相应参数198 76 5 4 3 (EQ)aff2oT0 100 200300400500600700时间（S）a =（yCJ-y（0） =3 =0.01856LX528To 二150s选取MV:60沧50%勺响应曲线求相应参数:K0=3=鷺016T 0 = 159s选取MV:60沧50%勺响应曲线求相应参数:TOO2003Qd400500时间何600Ky(Wdk 0.0213576选取MV:40沧50%勺响应曲线求相应参数Ko(yL) -y(o)z(12.6-0)693-0.0182T 153s总结:响应次数KT10.018561502

6、0.01615930.021314440.0182153均值0.0185151.5仿真结果:下水箱若将下水箱近似为一阶惯性 +纯滞后（使用切线法） 方法如下：对象传函为：KoTos 1Ko(yL)-y(0)zC点，则0C段的值即为纯滞后时间，在阶跃响应的拐点（斜率最大处）作一切线并与时间轴交于 而CB段的值即为时间常数 T。如下图所示。选取MV:50% 60%勺响应曲线求相应参数由上响应曲线可得：K0=0.022573= 102sT =420 -10 318s选取MV:60% 50%勺响应曲线求相应参数12K00.018654.=66sT =465 - 66 = 399s选取MV:50% 40

7、%勺响应曲线求相应参数堂时间17 8K00.0328543.=54sT =393 -54 =339s选取MV:40% 50%勺响应曲线求相应参数K。16.1765= 0.021= 72sT =441 一72 =369s总结：切线法等效一阶+纯滞后参数结果:阶跃次数KTT10.02231810220.0183996630.03283395440.02136972均值0.0234356.2573.5仿真结果:1.4D45.93755+1StepTrcrefer FffiTirHmparto5 ScopeI 二 i 回冏釦題冋L|E5阳怖|曰苇|可T若将下水槽看做二阶系统对象的传递函数为 W(S)=

8、 (T；(s) 1)(T(s) 1)K。求取方式同上；选取MV:50% 60%的响应曲线求相应参数因为t1/t2=0.5290.46而下水槽一定是一个二阶系统，故实验数据有误，将不参与讨论选取MV:60% 50%的响应曲线求相应参数该段数据仍不准确选取MV:50% 40%勺响应曲线求相应参数不准确选取MV:40% 50%勺响应曲线求相应参数= 36st, =222 -36 =186st2 =474 -36 =438st,/t2 =0.4250.36 讥/t2 : 0.46利用下面的公式：Ti T2_ ti * t2-2.16解得：T仁73.38 , T2=215.52K=0.021仅对第四次参数进行仿真：TrarEFer Fcnl5.二阶参数获取失败的原因：实验环境下干扰严重，控制效果差，致使下水槽近似高阶。6因为系统使用了仪表，因此数学模型与仪表精度有关，同时与出水阀开度大小有关。此外，数学 模型的精度和放大系数 k、时间常数T以及纯滞后时间都有关系。7.总结：通过将仿真曲线与实际曲线比较，有数学模型计算出