实验三 双容水箱液位定值控制

1、实验三 双容液位定值控制实验原理:本实验以中水箱与下水箱串联作为被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。要 求下水箱液位稳定至给定量，将压力传感器LT3检测到的下水箱液位信号作为反馈信号， 在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目 的。实验系统控制方框图如下所示:图3 1双容液位定值控制系统方框图实验内容一：观察系统在PI控制参数下的动态响应曲线1、按要求设定参数，液位给定值SV=80mm，PI参数为P=20，1=60。2、设置好系统的给定值后，用手动操作AI智能调节仪的输出，通过电动调节阀给上水箱打水，待其液位达到给定量所要求的值，且基本稳定不变时，

2、把输出切换为自动， 使系统投入自动运行状态。其总貌图如下图所示:上图曲线中所示，恒定不变的曲线线为下水箱液位的设定值，上面一条曲线为下水箱液 位的的测量值，下面一条曲线为中水箱液位的测量值。3、观察系统在设定的控制参数下的动态响应曲线，如下图所示:图3 3双容液位定值控制系统动态响应曲线由上图可知，其最大测量值为PVmax=119.35mm，由此可得出其最大超调量0 =(119.35 80)/80*100%，0 =50%。又由实时数据知：t1 = 09:59:15，t2= 10:04:43则其上升时间t=t2J=328s。由以上可知，该双容控制系统的动态响应不如单容液位定值控制系统的动态响应，

3、并且， 在双容定值控制系统中，系统的响应还有一定的滞后，其滞后时间为T=94s。分析以上现象可得出以下的结论：本实验中被测对象由两个不同容积的水箱相串联组成，故称其为双容对象。根据前一实 验单容水箱液位定值控制的原理，可知双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积， 即双容水箱的数学模型可用一个二阶惯性环节来描述：G(s)=Q(s)G2(s)=x = f,丁(3 1)12 T s + 1 T s + 1 (T s + 1 )(T s + 1)1212式中K=k1k2,为双容水箱的放大系数，L、T2分别为两个水箱的时间常数。本实验中被测量为下水箱的液位，当中水箱输入量有一阶跃增量变化时，两水箱

4、的液位 变化曲线如图34所示。由图34可见，上水箱液位的响应曲线为一单调上升的指数函数 (图34 (a)；而下水箱液位的响应曲线则呈S形曲线(图34 (b)，即下水箱的液位响 应滞后了，它滞后的时间与阀F1 10和F1 11的开度大小密切相关。一般情况下，要求 阀F1 10的开度要大于阀F1 11的开度，这样才能保证在系统稳态时有流量平衡关系： Q1=Q2。图34双容水箱液位的阶跃响应曲线(a) 中水箱液位 (b)下水箱液位实验内容二：研究系统在扰动作用下的动态响应过程1、当系统稳定在给定值后，给系统加一阶跃干扰，使SV=90mm,观察其动态响应过程。响应曲线如下图所示:图35阶跃扰动下系统的

5、响应曲线由上图可看出，与单容系统一样该控制系统具有良好的抗干扰的能力。当干扰出现后， 系统能在调节阀的工作下很快的进行调整，并在短时间内达到新的稳定状态。2、当系统再次稳定后，开启变频器一磁力泵，打开阀F25,利用这一支路打水进入下水箱形成干扰。变频器的频率固定在18.7Hz。其曲线如下图所示：/o009:56:5410:02:5410:08:5410:14:5410:20:5410:26:5410:32:5410:38:5410:44:5410:5一 一 一 一图36变频扰动作mr水箱时的而3、关闭阀F25，打开阀F24，使扰动作用在中水箱。变频器的频率仍固定在18.7Hz。其曲线如下图所示:图37变频扰动作用在中水箱时的曲线由以上两个曲线可以看到，当利用变频器一磁力泵支路打水形成干扰时，将水打入中水 箱时比打入下水箱时对系统的影响要小，也就是说，系统克服进入中水箱的干扰的能力要比 克服进入下水箱的干扰的能力要强。这是因为，扰动进入系统的位置越远离被