《热工过程自动调节》实验指导书
热工基础实验指导书
实验稳态平板法测定绝热材料导热系数实验
（非动力和核电专业类）
一、实验目的：
1. 巩固和深化温度导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。
2. 测量实验材料的导热系数。
二、实验装置：
本实验用双试件平板法测定匀质试材的导热系数，实验装置图下图。
三、实验原理及方法：
1. 稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的实验方法，可以用来进行导热系数的测定，材料的导热系数与其温度的关系。
2. 实验材料的导热系数原理计算式：
3. 实验确定材料导热系数与温度的关系：
四、实验步骤：
1.将试件、加热器和水套等安装入位后，并在上面加压一定的重物，以使它们都能紧密接触。
2.联接和仔细检查个接线电路。
3.接通加热器电源，并调节到合适的电压，开始加温，适当调节主加热器电源、辅助加热器电源的电压，使其更快趋于稳定。
4.待温度基本稳定后，就可以每隔一段时间进行一次电功率W （或电压V 和电流I ）读数记录和温度测量，从而得到稳定的测试结果。
5.根据实验要求，进行多次工况的测试。
6.测试结束后，先切断加热器电源，并关闭跟踪器，经过10分钟左右后再关闭水泵（或停放自来水）。
五、实验报告内容要求或数据处理
1.已知数据：
试件外型尺寸：300*300MM ； 导热面积：200*200MM ；试件的厚度：15MM ； 试件最高加热温度≤80℃
2. 数据处理：
加热器热量：Q=W/2 试件的两面温差：ΔT=T 1-T 2
导热系数的实验计算式：
六、思考题： 1. 试分析影响实验精度的因素有那些？
三容水箱
热工过程自动调节课程设计
指导书
南京工程学院
能源与动力工程学院
1. 单容水箱动态特性测取
1.1 单容水箱动态特性测取目的
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和传递函数。 1.2单容水箱动态特性测取原理
图1-1单容水箱特性测试结构图
由图1-1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Q 1，手动阀V 1和V 2的开度都为定值，Q 2为水箱中流出的流量。根据物质平衡关系，在平衡状态时
Q 10-Q 20=0 （1）
动态时，则有
Q 1-Q 2=
dt
dV （2）
式中V 为水箱的贮水容积，
dt
dV 为水贮存量的变化率，它与H 的关系为
Adh dV =，即
dt
dV = A
dt
dh （3）
A 为水箱的底面积。把式（3）代入式（2）得
Q 1-Q 2=A
dt
dh （4）
基于Q 2=
S
R h ，R S 为阀V2的液阻，则上式可改写为
Q1-
S R h = A
dt
dh
即
AR S
dt
dh +h=KQ 1
或写作
)
()(1s Q s H =
1
+TS K （5）
式中T=AR S ，它与水箱的底积A 和V 2的R S 有关；K=R S 。 式（5）就是单容水箱的传递函数。
若令Q 1（S ）=
S
R 0，R 0=常数，则式（5）可改为
H （S ）=
T
S T K 1/+
×
S
R 0=K
S
R 0-
T
S KR 10
+
对上式取拉氏反变换得
h(t)=KR 0(1-e -t/T ) （6）
当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入 当t=T 时，则有
热工自动调节系统扰动试验方案
.
自动调节系统扰动试验方案
RB试验方案
1、试验目的：
1.1 检验机组在辅机发生故障跳闸锅炉出力低于给定功率时，自动控制系统将机组负荷快速降低到实际所能达到的相应出力的能力，是对机组自动控制系统性能和功能的考验。
1.2验证控制回路的安全可靠性。
2、试验条件：
2.1一次设备工作可靠。
2.2燃料自动、主汽温自动、再热汽温自动、炉膛负压自动、送风机自动、一次风压自动、给水自动、凝汽器水位自动均已投入。
2.3机组运行稳定，负荷在额定负荷附近可做15%负荷扰动。
2.4机组功率控制方式应为协调方式。
2.5锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）已可靠投入运行。
3 、试验步骤：
3.1送风机RUNBACK试验：
●模拟量控制系统投入自动。
●待负荷及汽压稳定，手动跳闸一台送风机，报警显示送风机跳闸。
●最上三层磨煤机自动跳闸，负荷指令迅速减至60%负荷。
●主汽压下降及调门关小，机组负荷将自动降至需求负荷，观察机组运行
情况，记录各系统曲线。
●待机组运行稳定后，重新启动跳闸送风机及磨煤机，将负荷缓慢回升至
试验前位置。
●试验中以下参数应加强监视：
1)运行送、引风机电流；
2)炉膛压力；
3)锅炉燃烧情况；
4)锅炉汽包水位；
5)锅炉主、再热蒸汽温度；
6)锅炉空预器运行情况；
●注意事项：
1)注意监视锅炉燃烧情况，如燃烧迅速恶化应手动MFT。
2)监视汽包水位及蒸汽温度，如有必要可手动干预，以机组能维持运行为目的。
3)如运行送、引风机电流过大，可进一步手动降低目标负荷，直至降至安全电流。
4)如主汽压力无法维持，可进一步手动降低目标负荷。
工程热力学——实验指导书
《工程热力学》课程
实验指导书
实验一空气绝热指数测定
一、实验目的
1、测定空气的绝热指数K和空气的比热C p和C V
2、熟悉以绝热膨胀、定容加热基本热力过程为工作原理的测定绝热指数实验方法；
3、演示刚性容器充放气过程的热过程现象
二、实验装置及原理
空气绝热指数测定装置如图所示，利用气囊往有机玻璃容器内充气，通过U型压力计测出容器内压力P1，压力稳定后，突然打开阀门5并迅速关闭。在此过程中，空气绝热膨胀，在U型压力计上显示出膨胀后容器内的空气压力P2；然后，持续一小时左右，使容器中的空气与实验环境的空气进行热交换，最后达到平衡，即容器中的空气温度与环境温度相等。此时，U型压力计显示出温度平衡后容器中空气压力P3。
三、实验方法与步骤
1、测试前的准备
1）将阀门5的锥形塞拔出，抹上一些真空油，以改善阀门的密封性能。抹油后安装就位并拧紧。
2）在阀门5开放的情况下（即容器与大气相通），用医用注射器将蒸馏水注入U型压力计120～150mm左右的水柱高。水柱内应不含气泡。如有气泡，应设法排除。
3)调整装置的水平位置，使U型压力计两水管中的水柱高在一个水平线上。
2、测试步骤
1）记录U型空压计初始读数h0。
2）关闭阀门5，把容器拧紧。
3）用气囊往有机玻璃容器内缓慢充气，容器内的压力由U型压力计的水柱差显示。此时的压差150～200mm水柱为宜。待压力稳定后，记录下此时的压差值△h。
4）突然打开阀门5并迅速关闭。空气绝热膨胀后，在U型管内显示出膨胀后容器的气压。记录此时的压差值△h2.
5）持续1～2小时后，待容器内空气的温度与测试现场的大气温度一致时，记下此时容器内空气压力的压力差△h3
谁能帮我做做这报告,小女子谢谢了!急用!!!散热器热工性能实验指导书(教案).docx
实验二散热器性能实验指导书
一、实验目的
1、通过实验了解散热器热工性能测定方法及低温水散热器热工实验装置的结构。
2、测定散热器的散热量Q,计算分析散热器的散热量与热媒流量G和温差△丁的关系。
二、实验装置
\、丄
U
1.水位指示管
2.左散热器
3.左转子流量计
4.水泵开关及加热开关组
5.温度压差巡检仪
6.温度控制
仪表7.右转子流量计 &上水调节阀9.右散热器10.压差传感器11.温度测点Tl、T2、T3、T4
图1散热器性能实验装置示意图
三、实验原理
本实验的实验原理是在稳定的条件下测定出散热器的散热量：
Q二GG，(t g-t h) [kj/h]
式屮：G——热媒流量，kg/h；
C P——水的比热，kJ/Kg. °C；
t g> t h ------ 供回水温度，°Co
散热片共两组：一组散热面积为:lm2
二组散热面积为：0.975 m2
上式计算所得散热量除以3.6即可换算成[W]。
低位水箱内的水由循环水泵打入高位水箱，被电加热器加热，并由温控器控制其温度在某一I占I定温度波动范围，由管道通过转子流量计流入散热器中，经其传热将一部分热量散入房间，降低温度后的回水流入低位水箱。流量计计量出流经每个散热器在温度为J时的体积流量。循环泵打入高位水箱的水量大于散热器回路所需的流量时, 多余的水量经溢流管流回低位水箱。
四、实验步骤 1、 测量散热器面积。
2、 系统充水，注意充水的同时要排除系统内的空气。
3、 打开总开关，启动循坏水泵，使水正常循坏。
4、 将温控器调到所需温度（热媒温度）。打开电加热器开关，加热系统循坏水。
热工基础实验指导书与实验报告(中英文版)
目录
1.热工基础实验指导书 (2)
2.热工基础实验报告 (26)
热工基础实验指导书Thermodynamics and Heat transfer Basic Experiment Instructor
（工程热力学实验） 实验一 气体定压比热容测定实验
一、实验目的
1、增强热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，了解气体比热容测定的基本原理和构思。
2、学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法，掌握由实验数据计算出比热容数值和比热容关系式的方法。
3、学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。 二、实验原理
由工程热力学所知，气体定压比热容的定义式为：
p T
h
C )(
0∂∂= （1） 在没有对外界作功的气体定压流动过程中，M
dQ dh p =，此时气体的定压
比热容可表示为：
p p T
Q
M C )(1∂∂=
（2） 当气体在此定压过程中由温度t 1被加热至t 2时，气体在此温度范围内的平均定压比热容可由下式确定：
)
(1221
t t M Q C
p t t pm -=
（kJ/kg ℃） （3）
式中：M ――气体的质量流量，kg/s ；
Q p ――气体在定压流动过程中吸收的热量，kJ/s 。
大气是含有水蒸汽的湿空气，当湿空气由温度t 1被加热至t 2时，其中的水蒸汽也要吸收热量，这部分热量要根据湿空气的相对湿度来确定。如果计算干空气的比热容，必须从加热给湿空气的热量中扣除这部分热量，剩余的才是干空气的吸热量。
在距室温不远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似的表示为：
热工基础实验指导书(导热系数测定)
实验二 物质导热系数测定实验
一、
实验目的
1． 学习在稳定热流条件下测定物质导热系数的原理、方法； 2． 确定所测物质导热系数随温度变化的关系；
3． 学习、掌握相关热工测量仪表的结构与使用方法。
二、 实验原理
测定物质导热系数的方法有很多，如稳态平板法、球体法、常功率平面热源法等，本实验采用的是稳态多层圆筒壁同心法，如图1－1所示。
图1－1 稳态多层圆筒壁同心原理示意图
被测试样装满于试样筒内，则被测试样成一圆筒型。设试样筒的内外两侧表面温度分别为t h 和t l 。为防止试样在筒内产生热对流，采用二个很薄的金属套管将其分隔开来，保证热量在试样筒内以导热方式径向传递。套管壁的热阻很小，可以忽略。当试样内维持一维稳态温度场时，则有
)()()/ln(212l h l h l t t B
t t r r l Q -=-=
λ
πλ （1－1）
其中：λ为试样的导热系数，单位W/m ·℃；
l
r r B π2)
/ln(12=
为仪器几何常数， 本实验所用仪器为DTI －811型导热系数测定仪，其结构简图见图1－2。
图1－2 DTI －811型导热系数测定仪结构简图
考虑到测定仪端部的热损失为Q n ，装在试样筒内且与之同心的加热器所提供的热流Q ＝IV ，只有Q l 是由径向经待测试样传出，故
Q=Q l +Q n =IV （1－2）
仪器端部特性用热阻R （℃/W ）表示，有：
)(1
l h n t t R
Q -=
（1－3） 把式（1－1）、（1－3）代入式（1－2），并令B/R=C ，得
C t
BIV
-∆=
λ W/（m ·℃） （1－4） 式中：△t ＝（t h －t l ），单位℃；
热工过程自动调节习题答案
热工过程自动调节习题答案
热工过程自动调节习题答案
热工过程是工程热力学中的重要内容之一，它研究的是能量的传递和转化过程。在热工过程中，自动调节是实现系统稳定运行的关键。下面将针对热工过程自
动调节的习题进行答案解析。
1. 热工过程的自动调节是什么意思？
热工过程的自动调节是指通过自动控制系统对热工过程中的参数进行调节，以
实现系统的稳定运行。自动调节可以通过传感器感知系统的状态，再通过控制
器对执行器进行控制，从而实现对热工过程的自动调节。
2. 什么是控制系统的闭环？
控制系统的闭环是指在自动调节过程中，通过反馈信号将实际输出与期望输出
进行比较，再根据比较结果对控制器进行调节，以实现系统的稳定运行。闭环
控制系统可以根据实际输出对控制器进行修正，从而提高系统的稳定性和精度。
3. 热工过程中常见的自动调节器件有哪些？
热工过程中常见的自动调节器件包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、
阀门、执行器等。温度传感器可以感知系统的温度变化，压力传感器可以感知
系统的压力变化，流量传感器可以感知流体的流量变化，阀门和执行器可以根
据控制信号对流体进行调节。
4. 热工过程中的控制策略有哪些？
热工过程中常见的控制策略有比例控制、积分控制和微分控制。比例控制是根
据系统输出与期望输出的差异来调节控制器输出信号的大小，积分控制是根据
系统输出与期望输出的累积差异来调节控制器输出信号的大小，微分控制是根
据系统输出与期望输出的变化率来调节控制器输出信号的大小。这些控制策略可以单独使用，也可以组合使用，以实现更精确的控制效果。
5. 热工过程中的控制器有哪些类型？
工程热力学实验指导书
实验一 空气定压比热容测定
一、实验目的
1.增强热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，了解气体比热容测定的基本原理和构思。
2.学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法，掌握由实验数据计算出比热容数值和比热容关系式的方法。
3.学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。 二、实验原理
由热力学可知，气体定压比热容的定义式为
(
)p p h
c T
∂=∂ （1） 在没有对外界作功的气体定压流动过程中，p dQ dh M
=, 此时气体的定压比热容可表示
为
p p T
Q
M c )(1∂∂=
（2） 当气体在此定压过程中由温度t 1被加热至t 2时，气体在此温度范围内的平均定压比热容可由下式确定
)
(1221
t t M Q c p t t pm
-=
(kJ/kg ℃) (3)
式中，M —气体的质量流量，kg/s;
Q p —气体在定压流动过程中吸收的热量，kJ/s 。
大气是含有水蒸汽的湿空气。当湿空气由温度t 1被加热至t 2时，其中的水蒸汽也要吸收热量，这部分热量要根据湿空气的相对湿度来确定。如果计算干空气的比热容，必须从加热给湿空气的热量中扣除这部分热量，剩余的才是干空气的吸热量。
低压气体的比热容通常用温度的多项式表示，例如空气比热容的实验关系式为
3162741087268.41002402.41076019.102319.1T T T c p ---⨯-⨯+⨯-=(kJ/kgK)
式中T 为绝对温度，单位为K 。该式可用于250～600K 范围的空气，平均偏差为0.03%，最大偏差为0.28%。
在距室温不远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似的表示为
热工过程自动调节,课后习题答案,1到6章
1-4 前馈调节系统和反馈调节系统有哪些本质上的区别？
答：反馈调节系统是依据于偏差进行调节的，由于反馈回路的存在，形成一个闭合的环路，所以也称为闭环调节系统。其特点是：（1）在调节结束时，可以使被调量等于或接近于给定值；（2）当调节系统受到扰动作用时，必须等到被调量出现偏差后才开始调节，所以调节的速度相对比较缓慢。
而前馈调节系统是依据于扰动进行调节的，前馈调节系统由于无闭合环路存在，亦称为开环调节系统。其特点是：(1)由于扰动影响被调量的同时，调节器的调节作用已产生，所以调节速度相对比较快；
(2)由于没有被调量的反馈，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值。
1-7 基本的自动调节系统除被调对象外还有哪几个主要部件？它们各自的职能是什么？
答：组成自动调节系统所需的设备主要包括：
（1）测量单元：用来测量被调量，并把被调量转换为与之成比例（或其他固定函数关系）的某种便于传输和综合的信号y。
（2）给定单元：用来设定被调量的给定值，发出与测量信号y同一类型的给定值信号r。
（3）调节单元：接受被调量信号和给定值信号比较后的偏差信号，发出一定规律的调节指令μ给执行器。
（4）执行单元：根据调节单元送来的调节指令μ去推动调节机构，改变调节量。
or
2—8 答案
第三章
3-1 什么是有自平衡能力对象和无自平衡能力对象？
答案: 所谓有自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。所谓无自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，若没有外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后不能自己稳定在一个新的平衡状态。
化工热力学实验指导书
实验一二氧化碳PVT关系
一、实验目的
1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。
2、增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。
3、掌握CO2的p-v-t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。
4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。
二、实验内容
1、测定CO2的p-v-t关系。在p-v坐标系中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=50℃）的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因。
2、测定CO2在低于临界温度（t=20℃、27℃）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图四中的t s-p s曲线比较。
3、观测临界状态
（1）临界状态附近气液两相模糊的现象。
（2）气液整体相变现象。
（3）测定CO2的p c、v c、t c等临界参数，并将实验所得的v c值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比教，简述其差异原因。
三、实验设备及原理
整个实验装置由压力台、恒温器和实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图一所示）。
图一试验台系统图
图二试验台本体
试验台本体如图二所示。其中1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力机；4—水银；5—密封填料；6—填料压盖；7—恒温水套；8—承压玻璃杯；9—CO2空间；10—温度计。、
对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p、v、t之间有：F(p,v,t)=0 或t=f(p,v) （1）
本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的p-v-t关系，从而找出CO2的p-v-t关系。
热工基础实验指导书完整版
宁波理工学院Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University
热工实验
指导书
机电与能源工程分院实验中心
二00七年八月
目录
实验一、空气绝热指数的测定 (1)
实验二、中温辐射时物体黑度的测试 (5)
实验三、空气定压比热容测定 (10)
实验四、空气横掠单管时平均对流传热系数的测定 (15)
实验五、圆球法测定粒状材料导热系数 (22)
实验六、喷管实验 (26)
实验七、静水压强实验 (45)
实验八、能量方程（伯诺里方程）实验 (49)
实验九、不可压缩流体恒定流动量定律实验 (53)
实验十、毕托管测速实验 (58)
实验一、空气绝热指数的测定
一、实验目的
1.学习测量空气绝热指数的方法。
2.通过实验，培养运用热力学基本理论处理实际问题的能力。
3.通过实验，进一步加深对刚性容器充气、放气现象的认识。
二、实验原理
在热力学中，气体的定压比热容p c 和定容比热容v c 之比被定义为该气体的绝热指数，并以k 表示，即v p c c k /=。
本实验利用定量气体在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气绝热指数k 。该实验过程的P －V 图，如图1所示。图中A B 为绝热膨胀过程；B C 为定容加热过程。因为A B 为绝热过程，所以
k
B B k
A A V p V p = （1）
B
C 为定容过程，所以C B V V =。
假设状态A 与C 所处的温度相同，对于状态A 、C 可得：
C C A A V p V p = （2）
将（2）式两边k 次方得 图 1
热工实验指导书
热工实验指导书
篇一：热工实验指导书(正文)
实验一二氧化碳p、v、t关系的测定
一、实验目的
1．学习在准平衡状态下，测定气体三个基本状态参数关系的方法。
2．观察在临界状态附近汽液两相互变的现象，测定co2的临界参数。
3．掌握活塞式压力计及恒温器等仪表的使用方法。
二、实验原理
在准平衡状态下，气体的绝对压力p、比容v和绝对温度t之间存在
某种确定关系，即状态方程
f(p,v,t)0
理想气体的状态方程具有最简单的形式：
pv=rt
实际气体的状态方程比较复杂，目前尚不能将各种气体的状态方程用
一个统一的形式表示出来，虽然已经有了许多在某种条件下能较好反映p、v、t之间关系的实际气体的状态方程。因此，具体测定某种气体的p、v、t关系，并将实测结果描绘在平面的坐标图上形成状态图，乃是一种重要
而有效的研究气体工质热力性质的方法。
因为在平面的状态图上只能表达两个参数之间的函数关系，所以具体
测定时有必要保持某一个状态参数为定值，本实验就是在保持绝对温度t
不变的条件下进行的。
三、实验设备
本实验装置所测定的气体介质是二氧化碳。整套装置由试验台本体、
测温仪表、活塞式压力计和恒温器四大部分所组成，其系统示意在图一中。图一试验台系统图
试验台本体的结构如图二所示。
图二试验台本体
其中1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力油；4—水银；5—填料压盖；6—密封填料；7—恒温水套；8—承压玻璃管；9—co2空间；10—温度计。
它的工作情况可简述而下：
由活塞式压力计送来的压力油首先进入高压容器，然后通过高压容器
和玻璃杯之间的空隙，使玻璃杯中水银表面上的压力加大，迫使水银进入
(教材)工程热力学实验指导书
内容简介
本书主要是工程热力学实验，分2章。第一章介绍具体的工程热力学实验，对每个实验，着重于阐明其实验原理、实验装置、实验操作方法和实验数据处理等内容。每一实验均附有思考问题，以帮助读者进一步分析实验中的问题。第二章是测量误差与数据处理，介绍了误差分析及数据处理方面的知识和方法。
本书可供高等院校动力类相关专业的本科生或研究生使用，亦可供有关教师、实验技术人员在编写工程热力学实验指导书、安排热力学实验时参考。
工程热力学实验教程是依据《工程热力学》本科生课程的教学大纲编写的。它可供开设实验课、编写实验指导书的教师参考，亦可作为高等院校本科生、研究生的实验参考用书，也可供有关工程技术人员参考。
本实验教程以工程热力学实验为主，并据此编写了测量误差与数据处理。书中每一项实验的内容着重于阐明她的基本原理、实验装置结构系统、基本测试方法、数据整理以及某些技术问题等。每项实验都附有思考问题，以期使读者能进一步分析实验中的一些问题。
本书由朱强编写。在本书编写过程中，得到了汪健生教授许多有意义的指导，在此表示衷心的感谢。此外，感谢为本书提供各种资料和帮助的其他专家教授们以及参与修改和校对工作的人员。在编写过程中，参考了国内外一些教材和文献的内容，在此一并致谢！
由于受时间和作者水平的限制，书中难免疏漏和错误，可能还存在许多不尽如人意的地方，恳请读者们批评指正！以后将更加努力的学习和工作，以使本书的修订趋于完善。
第一章工程热力学实验
1.1饱和蒸汽p-T关系曲线测量实验 (1)
1.2CO2临界现象观测及p-v-t关系测定实验 (6)
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《热工过程自动调节》
实验指导书
高伟鲁录义编
华中科技大学
能源与动力工程学院
二O一三年
实验一 典型环节的动态特性
一、 实验目的
1． 通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的响应曲线，熟悉它们的动态特性。 2． 了解各典型环节中参数变化对其动态特性的影响。
二、 实验仪器与软件
1．PC 机 1台
2． MATLAB10.0环境
三、 实验内容
分别改变几个典型环节的相关参数，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况（曲线至少3条），并得出规律。
1) 比例环节（K ） 2) 积分环节（
S
T i 1
） 3) 一阶惯性环节（
S
T K
c +1）
4) 实际微分环节（D T S ） 5) 典型二阶环节（
2
2
2n
n n
S S K ωξωω++）
同时显示三条响应曲线时的仿真框图可采用如图1－1所求形式，其中传递函数的形式根据不同环节进行设置。
图1-1 多响应输出示意图
四、 实验原理
1． 比例环节的传递函数为
K R K R R R
Z Z s G 200,1002)(211
212==-=-=-
=
其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-2所示。
图1-2 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形
2． 积分环节(I)的传递函数为
uf C K R s
s C R Z Z s G 1,1001.011)(111112==-=-=-
=
其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。
图1-3 积分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形
3． 惯性环节的传递函数为
uf C K R K R
s
C R R R Z Z s G 1,200,1001
2.021)(1211212
12===+-=+-=-
=
其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-4所示。
图1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK 图形
4． 微分环节(D)的传递函数为
uf C K R s s C R Z Z s G 10,100)(11111
2
==-=-=-
= uf C C 01.012=<<
其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-5所示。
图1-5 微分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形
5． 典型二阶环节的传递函数为
22
()2n
n n
K G s S S ωξωω=
++ 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-6所示。
图1-6二阶环节的模拟电路及及SIMULINK图形
五、实验步骤
1)运行MATLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入SIMULINK仿真环境下。
2)选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。
3)参照图1-1，建立三个比例环节，如图1－7所示。通过改变增益大小，查看对应的单位阶跃响应曲线，如图1－8所示。
图1－7 比例环节多输出模型
图1－8 比例环节多输出示意
4) 积分环节、实际微分环节、一阶惯性环节参考步骤2。 5) 典型二阶环节G(S)=
2
2
2n
n n
S S K ωξωω++，在ξ与ωn 取不同值，观察对应的单位阶跃响
应曲线（在输出曲线上标明对应的有关参数值）
① 令ωn = 1 ，ξ取不同值：ξ1= 0 ；ξ2= 0.5 ,ξ3= 0.8（0<ξ<1）；ξ4=1；ξ5= 4（ξ≥1）； ② 令ξ= 0 ，ωn 取不同值：ωn 1= 1 ；ωn 2= 3 ； ③ 令ξ=0.216，ωn 取不同值：ωn 1= 1 ；ωn 2= 3 ；
六、 实验报告要求
1．画出各典型环节的SIMULINK 仿真模型。
2. 记录各环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。
3. 写出实验的心得与体会。
实验二 基于MATLAB 的PID 控制研究
一、 实验目的：
1．理解PID 的基本原理
2．研究PID 控制器的参数对于系统性能的影响
二、 实验仪器与软件
1．PC 机 1台 2．MATLAB10.0环境
三、 实验内容
1、利用Matlab 软件，针对控制对象设计单闭环PID 控制系统
2、 通过调节PID 控制器的参数，研究PID 控制参数对系统性能的影响
四、 实验原理
单闭环PID 的控制系统的作用框图如下：
图2－1 单闭环PID 的控制系统
比例(P)控制
比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
比例控制作用及时，能迅速反应误差，从而减小稳态误差。但是，比例控制不能消除稳
输入
—
态误差。其调节器用在控制系统中，会使系统出现余差。为了减少余差，可适当增大P K ，
P K 愈大，余差就愈小；但P K 增大会引起系统的不稳定，使系统的稳定性变差，容易产生
振荡。
积分(I)控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
积分控制的作用是消除稳态误差。只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。
微分(D)控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
微分控制能够预测误差变化的趋势，可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高。同时，加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。
PID 控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合，如温度控制、成分控制等。
图2－2为单位阶跃作用下，各个调节系统的阶跃响应曲线