双容水箱特性的测试

1、第二节双容水箱特性的测试一、实验目的1 .掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响 应曲线。2 .根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测 对象的特征参数t和传递函数。二、实验设备1 . thj-2型高级过程控制系统实验装置2 .计算机、mcgs工控组态软件、rs232/485转换器1只、串口 线1根3 .万用表1只三、实验原理图2-1双容水箱对象特性结构图由图2-1所示，被控对象由两个水箱相串联连接，由于有两个贮水 的容积，故称其为双容对象。被控制量是下水箱的液位，当输入量有 一阶跃增量变化时，两水箱的液位变化曲线如图 2-62所示。由图2-2可见，上水箱液位的响应曲

2、线为一单调的指数函数(图2-2(a),而下水箱液位的响应曲线则呈s形状(2-2(b)。显然，多了一个水箱，液 位响应就更加滞后。由s形曲线的拐点p处作一切线，它与时间轴的交点为 a,oa则表 示了对象响应的滞后时间。至于双容对象两个惯性环节的时间常数可 按下述方法来确定。tu w jh2 (t)图2-2双容液位阶跃响应曲线图2-3双容液位阶跃响应曲线在图2-3所示的阶跃响应曲线上求取：(1)h2 (t)|t=t1 =0.4 h2(g时曲线上的点b和对应的时间t1;(2)h2 (t)|t=t1 =0.8 h2(囚时曲线上的点c和对应的时间t2 ;然后，利用下面的近似公式计算式k _力2(8)_

3、输入稳态值一rc 一阶跃输入量_ l tl + t2ti + t2 k2j6tlt：zi n 7 (t + t2)2 n(1 -74 - - 0.55 )0.32 t(/t2 0. 46由上述两式中解出t1和t2，于是求得双容(二阶)对象的传递函数为g (s)二/百(tjs + d s+d精品资料四、实验内容与步骤1 .接通总电源和相关仪表的电源。2 .接好实验线路，打开手动阀，并使它们的开度满足下列关系:v1的开度v2的开度v3的开度3 .把调节器设置于手动位置，按调节器的增/减，改变其手动输 出值（一般为最大值的4070%,不宜过大，以免水箱中水溢出）， 使下水箱的液位处于某一平衡位置（一

4、般为水箱的中间位置）。4 .按调节器的增/减按钮，突增/减调节器的手动输出量，使下水 箱的液位由原平衡状态开始变化，经过一定的调节时间后，液位 h2 进入另一个平衡状态。5 .点击实验界面下边的按钮，可切换到实时曲线、历史曲线和数据报表6 .根据实验所得的曲线报表和记录的数据， 按上述公式计算k值, 再根据图中的实验曲线求得t1、t2值60%上升峰值参数整定* | h - ” h 至二j-j ?uiy f 4ffir-| *辑j jjial-j 41f0wl糊j 篝11 第工m ,加可1.1:值m| 处口 丁35 3 .i 的m mt !1 日研. 啥1s _.*|i- ，工_一 一- 一一-

5、 i.-叩，一imij8e口的*1日4曲屯期7/1s1 u.3加痛入如附入 w小 km血加.旗诩必山m k闽qi疯动却1菽山喉羡阊3；：*kh11.蛇棚报表1诋回主:姜氏参数值精品资料正向输入0.0951125s289s0负向输入0.1779112s273s0平均值0.1365118.5s281s0五、思考题1 .做本实验时，为什么不能任意改变两个出水阀门开度的大小？答：出水阀的开度是改变出水量 q2的，改变水箱泄水的过程。在此实验中是先将出水阀开至适当的开度。 之后在单容水箱在稳定的 过程中，此阀门是不能任意改变的，因为一改变就会对系统带来干扰， 造成系统不稳定，不能正确反映实验特性。只有当系统稳定时，要研 究输出量对系统的稳定特性影响时才改变出水阀。2 .用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与哪些因素有 关？答：应曲线可能与实验工作电压的波动，执行器的不稳定性，和 系统的控制参数比例度、积分时间、微分时间及测量值的波动都可能 带来一定的误差，造成精度下降，同时还跟压力传感器的精度，阀门 开度，测试软件都有关系。3 .如果采用上水箱和中水箱做实验，其响应曲线与用中水箱和下 水箱做实验的曲线有什么异同？试分析差异原因。答：若采用中水箱和上水箱做实验，它的响应曲线要比中水箱和 下