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《过程控制系统》实验报告

学 院： 电气学院

专 业： 自动化

班 级： 1505

姓名及学号： 任杰311508070822

日 期： 201863

实验一、单容水箱特性测试

实验目的

掌握单容水箱阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线。

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。

实验设备

THJ-FCS 型高级过程控制系统实验装置

计算机及相关软件。

万用电表一只。

实验原理

图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V和M的开度都为定值，Q为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时Q10Q200（式2-1），动态时，则有Q1Q2——，

dt

（式2-2）式中v为水箱的贮水容积，理为水贮存量的变化率，它与h的关

dt

-J\/ -Jh

系为dVAdh，即——A—（式2-3），A为水箱的底面积。把式（2-3）代入

dt dt

可改写为Q1-Adh，ARs也dt dtKQ1或乞（式2-5）式中TARs

可改写为Q1-

Adh，ARs也

dt dt

KQ1或乞（式2-5）式中TARs

Q1sTs1

它与水箱的底面积

A和V的Rs有关,

（式

2-5）为单容水箱的传递函数。若令

Q1S R0

=,Ro常数，则式2-5可表示为

HS-/T

S

KRo

对上式取拉氏反变换得htKR01e

t/T

（式2-6）

KRo,因

而有Kh/Ro=输出稳态

/阶跃输入，

hT KR01e1 0.632KR。0.632h

，式2-6表示一阶惯性响应曲线是一单

基于Q2RSh,Rs为阀V2的液阻，（式2-4）式（2-2）得

基于Q2

RS

h,Rs为阀V2的液阻，（式2-4）

调上升的指数函数如下图2-2所示

切线与稳态值交点所对应的时间就是K

切线与稳态值交点所对应的时间就是K和T后，就能求得单容水箱的传递函

图中OB即为对象的滞后时间

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%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，时间常数T，由响应曲线求得数如式（

t，BC为对象的时间常数T,所得的传递函数为HsQisKes。Ts

t，BC为对象的时间常数T,所得的传递函数为Hs

Qis

Kes

。

Ts1

四、 实验内容与步骤

本实验选择上水箱作为被测对象（也可选择中水箱或下水箱）。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-6全开，将上水出水阀门F1-9开至适当开度，其余阀门均关闭。

1、 接通控制柜和控制台的相关电源，并启动磁力驱动泵，接通空压机电源。控

制柜无需接线。

2、 打开作上位控制的PC机，点击“开始”菜单，选择弹出菜单中的“SIMATIC选项，再点击弹出菜单中的“WINCC，再选择弹出菜单中的“WINCCCONTROLCENTER5.0,进入WINCC资源管理器，打开组态好的上位监控程序，点击管理器工具栏上的“激活（运行）”按钮，进入实验主界面。

3、 鼠标左键点击实验项目“一阶单容水箱对象特性测试实验”，系统进入正常的测试状态。

4?在上位机实验界面窗口给定阀门开度值（既可拉动输出值旁边的滚动条，也可直接在输出值显示框中输入阀门开度值），使水箱的液位处于某一平衡位置。

5?在上位机实验界面窗口改变给定的阀门开度值，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），使水箱液位上升或下

降，经过一定时间的调节后，水箱的液位进入新的平衡状态。

观察上位机监控界面上水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线。

在上位机实验界面改变阀门开度值，使其输出有一正（或负）阶跃增量的变化，使水箱液位上升或下降，经过一定时间的调节后，水箱的液位进入新的平衡状态。曲线图如下

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五、实验结果与分析

单容水箱特性测试结构框图

干扰删出单容水箱特性测试结构框图5*分析计算单容水箱液位对象时的参数和传递函数由实验原理及结构框图可知，单容水箱液位对象的传递函数为HsKQ1sTs1其参数确定过程如下:根据图式,

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单容水箱特性测试结构框图

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分析计算单容水箱液位对象时的参数和传递函数

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