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《计算机过程控制》课程实验指导书 （封面） 课程学时：48 实验学时：18 适用专业：电气 编 写 者：黄洪全 审 查 者： 编写日期： 2006-7-2 核自学院编写 实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验 1、试验方案： 水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。 直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO模块直接输出电流。） 调整水箱出口到一定的开度。 突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。 通过物料平衡推导出的公式： 那么 ， 其中，F是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成。 公式等价于一个RC电路的响应函数，C=F就是水容，就是水阻。 如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S函数表示： 。 相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》，金以慧编著。 测量或控制量 测量或控制量标号 使用PID端口 使用ADAM端口 下水箱液位 LT103 AI0 AI0 调节阀 FV101 AO0 AO0 2、实验步骤： 在现场系统A3000-FS上，将手动调节阀JV201、JV206完全打开，使下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。 在控制系统A3000-CS上，将下水箱液位（LT103）连到内给定调节仪输入端，调节仪输出端连到电动调节阀（FV101）控制信号端。 打开A3000-CS电源，调节阀通电。打开A3000-FS电源。 在A3000-FS上，启动右边水泵（即P102），给下水箱（V104）注水。 调节内给定调节仪设定值，从而改变输出到调节阀（FV101）的电流，然后调节JV303开度，使得在低水位时达到平衡。 改变设定值，记录水位随时间的曲线。 3、参考结果 单容水箱水位阶跃响应曲线，如图2所示： 图2 单容水箱液位飞升特性 此时液位测量高度184.5 mm，实际高度184 mm -35 mm =149 mm。实际开口面积5.5x49.5=272.25 mm2。此时负载阀开度系数: 。 水槽横截面积：0.206m2。 那么得到非线性微分方程为(标准量纲): 。 进行线性简化，可以认为它是一阶惯性环节加纯延迟的系统 实验2 双容水箱液位数学模型的测定实验 1、试验方案： 水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为下水箱水位H。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。 直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO模块直接输出电流。） 调整水箱出口到一定的开度。 突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。逻辑结构如图1所示。 通过物料平衡推导出的公式： ， 其中R1、R2为线性化水阻。 。 那么：　　　　　　　。 测量或控制量 测量或控制量标号 使用PID端口 使用ADAM端口 下水箱液位 LT103 AI0 AI0 调节阀 FV101 AO0 AO0 2、实验步骤： 在A3000-FS上，将手动调节阀JV205、JV201完全打开，并使阀中水箱、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。 在A3000-CS上，将下水箱液位（LT103）连到内给定调节仪输入端，调节仪输出端连到电动调节阀（FV101）控制信号端。 打开A3000电源，调节阀（FV101）通电。 在A3000-FS上，启动右边水泵，给中水箱V103 注水。（下水箱V104由中水箱V103注水。） 调节内给定调节仪设定值，从而调节输出到FV101的电流，然后调节下水箱闸板开度，使得在低水位达到平衡。 改变设定值，记录水位随时间的曲线。 3、参考结果 双容水箱水位阶跃响应曲线，如图2所示： 图2 双容水箱液位飞升特性 平衡时液位测量高度215 mm，实际高度215 mm -35 mm =180 mm。对比单容实验，双容系统上升时间长，明显慢多了。但是在上升末端，还是具有近似于指数上升的特点。明显有一个拐点。 实验3 三容水箱液位数学模型的测定实验 由于三容水箱液位数学模型具有更高阶导数，比较复杂，所以本实验为复杂控制系统以及高级算法