实验五 双容对象的动态特性实验

1、实验二、二阶双容对象特性测试实验一、实验目的1）、熟悉双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。2）、根据由实际测得的双容液位阶跃响应曲线，分析双容系统的飞升特性。二、实验设备过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线 1根、实验连接线。三、原理说明电动调节阀智能调节仪手动输出图2-1、双容水箱系统结构图如图2-1所示：这是由两个一阶非周期惯性环节 串联起来，输出量是下水箱的水位刘。当输入量有一 个阶跃增加A Q1时，输出量变化的反应曲线如图2-2 所示的A h2曲线。它不再是简单的指数曲线，而是就 使调节对象的飞升特性在时间上更加落后一步。在图 中S形曲线的拐点P上

2、作切线，它在时间轴上截出一 段时间OA。这段时间可以近似地衡量由于多了一个容 量而使飞升过程向后推迟的程度，因此，称容量滞后， 通常以T C代表之。设流量Q1为双容水箱的输入量，下水箱的液位高 度h2为输出量，根据物料动态平衡关系，并考虑到液体传输过程中的时延，其传递函数为:图2-2、变化曲线H2(S)= G(S) =*e 8(2-1)Q1(s)(T1* S + 1)(T2* S +1)式中K=R，T=RC，T=RC，R、R分别为阀V和V的液阻，C和C分别为312 123 2232312上水箱和下水箱的容量系数。式中的K、T1和T2须从由实验求得的阶跃响应曲线上求出。具体的做法是在图2-3所示

3、的阶跃响应曲线上取：、h2 (t)稳态值的渐近线(8)； 、h2 (t) | t=t1=0.4 h2(8)时曲线上的 点A和对应的时间t1； 、h2 (t) lt_t2=8 h2(8)时曲线上的 点B和对应的时间匕。然后，利用下面的近似公式计算式(2-1)中的参数K、T1和T2。其中：K _ h23) _输入稳态值=RT=阶跃输入量4)、T1 + T2 -L + G2.16对于式(2-1)所示的二阶过程，0.32t/匕0.46。当t1/t2=0.32时，可近似 为一阶环节；当t1/t2=0.46时，过程的传递函数G(S)=K/(TS+1)2 (此时 T1=T2=T=(t1+t2)/2* 2.1

4、8 )5)、T1T2(T1 + T2)2牝(1.74 - 0.55)12四、实验步骤1、设备的连接和检查、开通以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计以及上水箱出水阀1、阀4、阀 9、阀21、阀23组成的水路系统;关闭通往其他对象的切换阀2、阀5、阀7、阀 11、阀 13、阀 15。、将中水箱的出水阀22开至适当开度。3）、检查电源开关是否关闭。2、系统连线实验接线如图2-4所示：1）、将中水箱液位+接到任意一个智能调节仪的信号输入端1（即RSV的+极），中水箱液位-（负端）接到智能调节仪的2端（即RSV的-极）。A合上电湘开关FM151模拟只输出接曰-x z相SCR移相调压装置、A/Ou A/Oi

5、A/O2 A/O3A/O-i A/Os A/M/U电源输入调压蝴出OOOOJE - o 7XV24VDC 电源、图2-4、实验接线图2）、将智能调节仪的20mA输出端的7端（即+极）接至电动调节阀的420mA 输入端的+端（即正极），将智能调节仪的420mA输出端的5端（即-极）接至电 动调节阀的420mA输入端的-（即负极）。3）、电源控制板上的三相、单相空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。4）、电动调节阀的220V电源开关打在关的位置。5）、智能调节仪的220V电源开关打在关的位置。3、启动实验装置1）、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源。2）、打开电源三相带漏电保护空气开关，

6、电压表指示380V。3）、打开总电源钥匙开关，按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源。4、实验步骤1）、开启单相空气开关，中水箱液位传感器输出信号为15V电压信号，调整 好仪表输入规格参数与其他各项参数，开始校准液位传感器的零位和增益，仪表输出方式设为手动输出，初始值为0。2）、启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的实验，界面如图2-5所示:实瞪二.二除双容水箱对象蒋性测试实验图2-5、实验软件界面解 M !L印 -二二二：二 M - .LJ瑚1%通为伐A观林些1|气工a余时嫌隹低!届支痴部|凶 m刹宽3）、开启单相泵电源开关，启动动力支路，手动将仪表的输出值迅速上升到 小于等于10

7、，将被控参数液位高度控制在30%处（一般为5cm）。4）、观察系统的被调量一一水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记 录调节仪输出值，以及水箱水位的高度h2和智能仪表的测量显示值并填入下表。仪表输出值水箱水位高度h2仪表显示值0100cmcm5）、迅速增加仪表手动输出值，增加10%的输出量，记录此引起的阶跃响应 的过程参数，均可在上位软件上获得各项参数和数据，并绘制过程变化曲线。T （秒）水箱水位h2 （cm）仪表读数（cm）6）、直到进入新的平衡状态。再次记录测量数据，并填入下表:仪表输出值水箱水位高度h2仪表显示值0100cmcm7）、将仪表输出值调回到步骤5）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引起的阶跃响应过程参数与曲线。填入下表:T （秒）水箱水位 h2 （cm）仪表读数（cm）8）、重复上述实验步骤。五、注意事项1）做本实验过程中，阀V2不得任意改变开度大小。2）阶跃信号不能取得太大，以免影响正常运行；但也不能过小，以防止影 响对象特性参数的精确，性。一般阶跃信号取正常输入信号的5%15%。3）在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。六、实验报告要求1）作出二阶环节的阶