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电子科技大学中山学院学生实验报告系别: 机电工程学院 专业: 自动化 课程名称:过程控制与自动化仪表 班级: 自动化 姓名: 学号: 组别: 组实验名称:1.单容水箱对象特性的测试实验 实验时间: 2014-10- 成 绩: 教师签名: 批改时间: 2014-11-一、 实验目的1、了解单容水箱的自衡特性。2、掌握单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。3、实测单容水箱液位的阶跃响应曲线,用相关的方法分别确定它们的参数。二、 实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置: GK-02 GK-03 GK-04 GK-072、万用表一只 3、计算机及上位机软件三、实验原理阶跃响应测试法是被控对象在 运行状况下,待工况稳定后,通过调节器 改变对象的输入信号(阶跃信号)。同时,记录对象的 和 ,然后根据给定对象模型的 ,对实验数据进行合理的处理,确定模型中的相关参数。单容水箱的数学模型可用 环节来近似描述,且用下述方法求取对象的特征参数。单容水箱液位开环控制结构图如图2-1所示:图2-1、 单容水箱液位开环控制结构图根据物料动态平衡的关系,求得:在零初始条件下,对上式求拉氏变换,得: 式中,T=R2*C为水箱的时间常数,K=R2为过程的放大倍数,也是阀V2的液阻,C 为水箱的底面积。令输入流量Q1(S)=RO/S,RO为常量,则输出液位的高度为: 2-2 2-3 2-4式(2-3)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数,如图2-2所示。由式(2-4)可知该曲线上升到稳态值的63.2%所对应的时间,就是水箱的时间常数T。该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线,此切线与稳态值的交点所对应的时间就是时间常数T。 图2-2 阶跃响应曲线其理论依据是: 上式表示h(t)若以在原点时速度h()/T 恒速变化,即只要花T时间就可达到稳态值h()。式(2-2)中的K值由下式求取: K = h()/R0 = 输入稳态值/阶跃输入四、实验内容与步骤1、按仪器调试要求和步骤,对上、下水箱液位传感器进行 与 的调整。2、按照图2-1的结构框图,完成系统的接线 (接线参照实验1),并把PID调节器的“手动/自动”开关置于“手动”位置,此时系统处于 状态。3、将单片机控制挂箱GK-03的输入信号端“LT1、LT2”分别与GK-02的传感器输出端“LT1、LT2”相连;用配套RS232通讯线 将GK-03的“串行通信口”与计算机的COM1连接;打开所有电源开关用单片机进行液位实时监测;然后用上位机控制监控软件对液位进行监视并记录过程曲线。4、利用PID调节器的手动旋钮调节输出,将被控参数液位控制在4cm左右。5、观察系统的被调量水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡,记录此时调节器手动输出值Vo以及水箱水位的高度h1和显示仪表LT1的读数值并填入下表。变频器输出频率f手动输出Vo水箱水位高度h1LT1显示值Hzvcmcm6、迅速增调“手动调节”电位器,使PID的输出突加5%,利用上位机监控软件记下由此引起的阶跃响应的过程曲线,并根据所得曲线填写下表。t(s)水箱水位h1(cm)LT1读数(cm)等到进入新的平衡状态后,再记录测量数据,并填入下表:变频器输出频率fPID输出Vo水箱水位高度h1LT1显示值HZvcmcm7、将“手动调节”电位器回调到步骤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(s)水箱水位h1(cm)LT1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V1和V2不得任意改变开度大小;2、阶跃信号不能取得太大,以免影响系统正常运行;但也不能过小,以防止对象特性的不真实性。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、作出一阶环节的阶跃响应曲线。2、根

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