THJ2型实验指导书(restore).doc

目 录 绪论···············································································3 THJ-2型高级过程控制系统的概述···································5 第二章 被控对象特性测试····················································15 第一节 单容水箱特性的测试 单回路控制系统实验·················································27 第二节 上水箱(或中水箱或下水箱)液位定值控制系统 第八节 电动阀支路流量的定值控制系统 第四章 温度位式控制系统实验·············································57 第五章 串级控制系统的实验·················································60 第四节 下水箱液位与电动调节阀支路流量的串级控制系统 单容水箱特性的测试 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. 计算机及相关软件 3. 万用电表一只 三、实验原理 图2-1单容水箱特性测试结构图 由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时 Q10-Q20=0 （1） 动态时，则有 Q1-Q2= （2） 式中V为水箱的贮水容积，为水贮存量的变化率，它与H的关系为 ，即= A （3） A为水箱的底面积。把式（3）代入式（2）得 Q1-Q2=A （4） 基于Q2=，RS为阀V2的液阻，则上式可改写为 Q1-= A 即 ARS+h=KQ1 或写作 = （5） 式中T=ARS，它与水箱的底积A和V2的RS有关；K=RS。 式（5）就是单容水箱的传递函数。 若令Q1（S）=，R0=常数，则式（5）可改为 H（S）=×=K- 对上式取拉氏反变换得 h(t)=KR0(1-e-t/T) （6） 当t—∞时，h（∞）=KR0，因而有 K=h（∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入 当t=T时，则有 h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞) 式（6）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。当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63% 图2-2 单容水箱的单调上升指数曲线 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，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T，由响应曲线求得K和T后，就能求得单容水箱的传递函数。如果对象的阶跃响应曲线为图2-3，则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点，与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ，BC为对象的时间 常数T，所得的传递函数为：H(S)= 图2-3 单容水箱的阶跃响应曲线 四、实验内容与步骤 1．按图2-1接好实验线路，并把阀V1和V2开至某一开度，且使V1的开度大于V2的开度。 2．接通总电源和相关的仪表电源，并启动磁力驱动泵。 3．把调节器设置于手动操作位置，通过调节器增/减的操作改变其输出量的大小，使水箱的液位处于某一平衡位置。 4．手动操作调节器，使其输出有一个正（或负）阶跃增量的变化（此增量不宜过大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过一定的调节时间后，水箱的液位进入新的平衡状态，如图2-4所示。 图2-4单容箱特性响应曲线 5．启动计算机记下水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线。 6．把由实验曲线所得的结果填入下表。 参数值 测量值 液位h K T τ 正向输入 负向输入 平均值 五、实验报告 1．写出常规的实验报告内容。 2．分析用上述方法建立对象的数学模型有什么局限性？ 六、思考题 1．做本实验时，为什么不能任意改变出水口阀开度的大小？ 2．用响应曲线法确定对