调节对象特性实验_10127
特性试验安全操作规程
特性试验安全操作规程一、总则特性试验是对某一产品或系统的特性进行测试和验证，确保其达到预期的性能和安全标准。
为保障试验人员的安全和测试过程的顺利进行，制定以下特性试验安全操作规程。
二、试验前准备1. 在进行特性试验前，试验人员必须穿戴符合安全要求的个人防护装备，包括防护眼镜、安全帽、手套等。
2. 确保试验设备和仪器的全部功能正常，并按照规定进行校准和检查。
3. 在试验现场设置明显的安全警示标志，确保人员能够清晰地看到并遵守安全操作规程。
4. 确保试验场所的通风良好，排除可能产生的有害气体和烟尘。
三、试验操作1. 在试验操作过程中，严禁单人独立操作，必须有两人以上进行监控和协助。
2. 在试验操作前，试验人员必须参加相关的安全培训，了解试验过程和安全警示事项。
3. 试验前需明确试验的具体目的和要求，按照试验方案进行操作，严禁随意更改试验条件。
4. 在试验过程中，试验人员必须遵守操作规程和标准操作程序，严禁违反试验要求进行操作。
5. 对于可能引发危险的试验操作，应事先进行风险评估，并采取相应的防护措施。
6. 当试验过程中出现异常情况或危险情况时，应立即停止试验，并采取相应的安全措施。
7. 在试验操作结束后，应及时清理试验现场，确保试验设备和仪器的安全和完好。
四、事故处理1. 如果发生试验事故，试验人员必须立即向负责人报告，并按照紧急处理流程进行操作。
2. 在事故处理过程中，试验人员必须保证自身的安全，并积极参与事故处理工作。
3. 在事故处理过程中，必要时可以请求相关专业人员的支援和协助，确保事故处理的及时有效。
五、个人防护和紧急救援1. 在试验过程中，试验人员必须佩戴符合安全标准的个人防护装备，并妥善使用。
2. 在试验过程中，如发生紧急情况，试验人员必须按照紧急救援程序进行操作，并立即向负责人汇报。
3. 在试验现场设置明显的急救箱和灭火器等器材，以备紧急情况的处理。
六、总结特性试验的安全操作是保障试验人员和设备安全的重要环节，试验人员必须严格遵守相关的操作规程和安全要求。
第二章过程特性及其数学模型
从微分方程的解析解来看
h() Ka(1 e T ) Ka
h(T ) Ka(1 e1) 0.632h()
K――放大系数，在阶跃输入作用下，对象输出达到新的稳定 值时，输出变化量与输入变化量之比，也称静态增益。K 越大，表示输入量对输出量的影响越大。
T――时间常数，在阶跃输入作用下，对象输出达到最终稳态变 化量的63.2％所需要的时间，时间常数T是反映响应变化 快慢或响应滞后的重要参数。用T表示的响应滞后称阻容 滞后（容量滞后）。
K Ts 1Qi
(s)
Ka s(Ts 1)
Qi
(s)
a s
h(t) L1[H (s)] L1[ Ka ] s(Ts 1)
L1[ Ka KaT ] s Ts 1
Ka * L1[(1 T )] s Ts 1
t
Ka(1 e T )
—过程特性及其数学模型—
—过程特性及其数学模型—
§2.2 对象理论数学模型的建立
一阶对象： 系统输入、输出关系（动态特性）可以用
一阶微分方程来表示的控制对象。 积分对象
系统动态特性可以用一阶积分方程来表示 的控制对象。 二阶对象：
系统动态特性可以用二阶微分方程来表示 的控制对象。
—过程特性及其数学模型—
·一阶线性对象
h1 R1
)
(qo
h2 R2
)
A2 h2
R2 q0
联立方程求解：
A1 A2 R1R2
d 2h2 dt 2
(R1 A1
R2
A2
)
dh2 dt
h2
R2
调节对象曲线的测定
调节对象特性曲线的测定
一、实验目的
1．了解测定调节对象特性曲线实验系统的组成。
2．学习调节对象特性曲线的测定方法。
3．加深对调节对象特性的了解。
二、实验器材
本实验所用仪器如下表
实验仪器表
设备型号
微机P4
直流稳压电源JWDY(5V直流电源)
热电偶铜－康铜
数据采集模块1块ADAM4018
信号转换器1块ADAM4520
电加热散热器2000W
三、实验原理及说明
我们所选择的调节对象——人工环境室，是一个有自平衡能力的调节对象。
在不用自动调节器时，受到干扰以后也可以达到热平衡。
可以用热电偶作为测温元件，测出调节对象受到干扰后调节过程的特性曲线，并用研华ADAM数据采集模块采集温度数据。
利用用户采集程序记录并处理温度数据和响应时间数据，绘制成图就可以得到调节对象的特性曲线。
实验系统组成如图1所示：
图1 实验系统组成
调节对象的特性曲线如图2:
图2 调节对象的飞升曲线
四、实验内容
按图1接线。
打开电脑，运行数据采集程序开始采集温度数据，待记录稳定一段时间后，给环境室加上阶跃干扰——打开散热器开始加热，用采集仪记录下调节对象完整的飞升曲线。
五、实验报告
1．根据采集的数据，作出环境室内采暖工况下调节对象的特性曲线。
并求出时间常数T1
2．分析影响调节对象三个特性参数的因素有哪些？。
实验2 对象特性测试
对象特性测试的意义
1. 掌握对象特性，有助于生产工艺的优化、控制器参数的整定、设计
更好的控制算法与安全措施 2. 一个控制系统通常总是由四个环节构成，其中的三个环节的特性都
是已知的，唯有对象特性，由于生产工艺、设备尺寸、操作条件等
诸多因素的不同，所以造成每个被控对象的特性都不相同 3. 作为自控技术人员，首要工作就是对所要控制的对象有较为充分的
下面的公式计算出两个不同的一阶惯性环节相乘的时间常数：
t1 t2 T1 T2 2.16
T1 T2
TT 1 2
2
t1 1.74 0.55 t2
• 若t1/t2≤0.32，系统为一阶环节；
t1 t2 • 若t1/t2=0.46 ，两个时间常数T1=T2相等，可由下式求出：T1 4.32
操作步骤和调试
7. 改变FV101的控制量为40%，观察、记录两个液位随时间变化的数
据，在图中读出液位稳定后的高度值和过渡过程时间； 8. 将FV101的控制量改回到50%，等待系统稳定。注意观察比较两次
液位变化的过程和结果是否相同。记下图中读出液位稳定后的高度
值和过渡过程时间等数据； 9. 重复步骤7、8，但FV101是反向变化10%，待系统稳定后再变回到
生“自由运动”（注意：这一运动仅是在一定约束条件下进行的）， 从而获得被控对象在输入作用下的自身变化的过程——响应曲线
• 经过数据处理，可得到（一阶、二阶）模型的结构和相关参数
阶跃测试信号施加方法
• 在控制器1、2手动状态下，分别改变其输出信号MV，使作用到控制
阀FV102或变频器U101 （一个代表控制通道，一个代表干扰作用 ） 的信号产生一个突变，从而流入水箱中的水量产生一个阶跃变化△Q
第5章 调节对象的特性及实验测定
因
1 t ∆h K T t
H(s) K = µ1 (s) Ts + 1
则
1 µ1(s) = s
K 1 H(s) = ⋅ Ts +1 s
t − T
时域表达式 ∆h = K(1 − e ) ∆µ1
又称一阶惯性特性或单容特性 又称一阶惯性特性或单容特性
对象的特性参数K、T反映了对象的物理本质。 对象的特性参数 、 反映了对象的物理本质。 反映了对象的物理本质 因为工艺过程就是能量或物质的交换过程， 因为工艺过程就是能量或物质的交换过程，在 此过程中，肯定存在能量的储存和阻力 能量的储存和阻力。 此过程中，肯定存在能量的储存和阻力。 反映对象存储能量的能力。 （1）容量系数 ）容量系数——反映对象存储能量的能力。 反映对象存储能量的能力 如水槽面积A， 的大小。 如水槽面积 ，它影响时间常数 T 的大小。 T = ARS （2）阻力系数 ）阻力系数——反映对象对物料或能量传递 反映对象对物料或能量传递 的阻力。 的阻力。 如阀门阻力系数 RS ，它影响放大系数 K 的大 小。 K ＝K R
∆h
K t T
并不是所有被控过程都具有自衡特性。 并不是所有被控过程都具有自衡特性 。同样的 单容水槽如果出水用泵抽出，则成为无自衡特性。 单容水槽如果出水用泵抽出，则成为无自衡特性。
单容无自衡特性 若阀门1突然开大 增大， 不变化。 若阀门 突然开大∆µ1 ， 则Q1增大，Q2不变化。 突然开大
被控对象
干扰f 干扰 + 给定值
e 控制器
－ 被控量 实测值
执行器
被控对象
变送器
5.1被控过程数学模型的作用与要求 被控过程数学模型的作用与要求 被控对象大都是生产中的工艺设备， 被控对象大都是生产中的工艺设备，它是控制系 统的重要环节。无论是设计、还是操作控制系统， 统的重要环节。无论是设计、还是操作控制系统，都 需要了解被控对象的特性。 需要了解被控对象的特性。 在经典控制理论中，被控对象的特性一般用单输 在经典控制理论中， 输出的数学模型描述。最常用的是传递函数。 入、输出的数学模型描述。最常用的是传递函数。 传递函数是指用拉氏变换式表示的对象特性。 传递函数是指用拉氏变换式表示的对象特性。 X c (s) X r (s)
化工仪表及自动化第二章调节对象的特性
h1
Q1
Q2
h2
2、容量滞后h
有些对在受到阶跃输入作用x后，被调 参数y开始变慢，后来才逐渐加快，最后又 变慢直至逐渐接近稳定值，这种现象叫容量 滞后或过渡滞后。
反应曲线如图2-22所示。
目前常见的化工对象的滞后时间 和时间 常数T大致情况如下:
• 被调参数为压力的对象—不大，T也属中等;
– 对象的数学模型：对象特性的数学描述。 – 通道：对象的输入变量与输出变量的信号联系
干扰通道 ； 调节通道
• 对象的数学模型可以分为： 1. 静态数学模型 描述的是对象在稳定时（静态）的输 入与输出关系； 2. 动态数学模型 描述的是在输入量改变以后，输出量 跟随变化的规律； 动态数学模型是更精确的模型，静态数学模型是动 态数学模型在对象达到平衡时的特例。
• 被调参数为液位的对象—很小，而T稍大； • 被调参数为流量的对象—和T都较小，数量 级往往在几秒至几十秒； • 被调参数为温度的对象—和T都较大，约几 分钟至几十分钟。
本章小结
一、基本要求 • 1. 了解建立被控对象数学模型的意义及数学 模型的建立方法； • 2. 掌握用机理建模的方法，建立简单对象的 数学模型；理解一阶对象，了解积分对象和 二阶对象 • 3. 掌握表征被控对象特性的三个参数： 放大倍数K、时间常数T、滞后时间τ的物 理意义及其对控制质量的影响； • 4. 了解被控对象特性的实验测定方法。
4. 尽可能增加实验点数，必要时可进行重复实验，以 提高精度；
5. 对实验数据中的奇异点，要认真分析，尽量排除。
6. 注意实验中的异常变化，必要时做好预防措施，以 策安全。
二、时间常数T
• 定义：在一定的输入作用下，被控变量完成其变化所 需时间的参数。
调节对象的特性
图7-12所示是一个蒸汽直接加热器。如果以进人的蒸汽量q为输入量， 液体的温度θ1为输出量(测温点不在水箱内，而在出口管道上，测点与水箱 的距离为L)，那么，当蒸汽量增加时，水箱内温度θ1升高，水流到管道测 温点处要经过一段时间τ0。因此，管道测温点处的温度θ2变化要比水箱内 水温变化落后一段时间τ0，如图7-12(b)所示，这个时间为纯滞后。显然L 越长或管内流速v越低，则τ0越大，即
在自动调节系统中，纯滞后不利于调节，因为测量装置不能将被调量 的变化及时地送给调节器，调节器总是按滞后的信号进行调节，调节作用 也就不能快速克服千扰影响。因此应尽最大努力消除或缩短纯滞后时间τ0
时间常数T
从大量的生产实践中发现，有的对象受干扰作用后，被调量变化 很快，较迅速地达到了稳定值，有的则很缓慢。从图7-13可以看到截 面积很大的水箱与截面积小的水箱相比，当进口流量改变同样一个数 值时，截面积小的水箱水位变化很快，并迅速稳定在新的数值，而截 面积大的水箱惰性大，水位变化慢，需经过很长的时间才能稳定。在 自动调节系统中，往往用时间常数T来表示这种特性。T越大，表示对 象受到干扰作用后被调量变化得越慢，到达新的稳定值所需的时间越 长。
对象特性对过渡过程的影响
1.放大系数K
K越大表示调节量的作用越显著，但调节量作用强烈时，系统容 易产生振荡。因此调节对象的K值较大时，调节器辅出的变化应当减 小。
2.纯潜后时间与时间常数的比值τ0 /T 纯滞后时间τ0 ，与时间常数T的比值是衡量对象是否容易控制的 一个指标，τ0 /T越大，纯滞后时间τ0 的相对影响越大，调节越困难;相 反，τ0 /T的值越小，调节越有利。 3.时间常数T
附录B 动态特性的实验求取
2.两点法 对有自平衡能力的对象，拐点位置和切线方向（斜 率）不易选准， τ，Tc和τ/ Tc的数值就不够准确。为 减小误差，可以采用两点法。 （1）用二阶惯性环节近似
对象的阶跃响应曲线的开始阶段没有明显延迟，而变化 速度先慢后快，最后又减慢至零，如图B-6
一、用实验方法求取热工对象的阶跃相应曲线
测定调节对象的阶跃响应曲线是工程上比较常见的 实验方法之一。该方法简单易行， 图中记录仪表除记录调节对象的输入，输出信号之 外，同时还记录影响调节对象输入、输出信号的有关 参数。
由于电厂生产过程比较复杂，实际测试时，经常会 碰到一系列问题，因此，为了保证试验结果准确，在 测定时应注意以下几点： (1)根据设备运行条件选择合适的输入信号幅值。 (2)在试验开始前，应将热力设备调整到适当的初始工况， 且要使热力设备稳定运行一段时间。 (3)由于受执行机构动作速度的限制，输入信号不可能是 理想的阶跃信号。
在图中定出c(∞),τ和Tc三 个数值，如输入信号的幅值 为△0，则K,T0,n可以求出：
(2)无自平衡能力的对象
设对象的阶跃响应曲线如 图B-5所示。传递函数可 用下式表示：
Ta,T0,n是与曲线形状有关的三个 常数。 Ta—响应时间 T0 —时间常数 K—阶数
作阶跃响应曲线的渐 近线，与横坐标的交点 为D，与纵坐标交点H， 设阶跃响应曲线起点为0， 则由阶跃响应曲线得到：
(4)为了获得一条准确的阶跃响应曲线，在相同的试验条 件下，应重复试验几次，试验结果中至少要有两条基 本相同的曲线。 (5)除记录调节对象输入、输出信号外，还应记录可能影 响输入、输出信号的其它参数，供分析时参考。 (6)热工对象一般均存在非线性特性，其动态特性随负荷 不同而有所区别，因此，应测试不同负荷时的动态特 性，以便综合分析。
第5章 调节对象的特性及实验测定解析
被控过程数学模型的几个参数
• 放大系数K：
– 在数值上等于对象处于稳定状态时输出变化 量与输入变化量之比：
输出的变化量 K 输入的变化量
–放大系数是描述对象静态特性的参数。
被控过程数学模型的几个参数
• 滞后时间τ：
– 是纯滞后时间τ0和容量滞后τC的总和。
• 纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递 需要一段时间引起的。 • 容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过 一定的阻力而引起的。
A：又称水槽的容量系数，简称液容， 相当于电路中的电容。
Q1 Q10 Q1; Q2 Q20 Q2 ; h h0 h
Q1 K 1 Q2 h Rs
Δμ1：调节阀1的开度变化量 Rs：阀门2的阻力，又称液阻
Q1 Q2 A
dh dt
K 1
一般可以表示为：
Ke s G(s) Ts 1 Ke s G(s) (T1s 1)(T2 s 1)
（1)由飞升曲线确定有纯滞后的一阶环节的参数 方法1：在变化速度最快的 地方作一切线，切线与时 间轴的交点得滞后时间。
K y ( ) X0
y ( ) T dy ( )m dt
• 滞后时间τ 是反映对象动态特性的另一 个重要参数。
5.1 单容对象动态特性及其数学描述 物料（或能量）平衡关系
• 静态物料（或能量）平衡关系：单位时间内进入被控过 程的物料（或能量）等于单位时间内从被控过程流出的 物料（或能量）。 • 动态物料（或能量）平衡关系：单位时间内进入被控过 程的物料（或能量）减去单位时间内从被控过程流出的 物料（或能量）等于被控过程内物料（或能量）存储量 的变化率。
2。研究并建立数学模型的目的
特性试验安全操作规程
特性试验安全操作规程一、目的和范围特性试验是对物质或设备的特性、性能进行测试和验证的过程。
为了保障试验人员和设备的安全，特性试验需要制定相应的安全操作规程。
本规程适用于特性试验过程中的安全操作，旨在保护试验人员生命财产安全，保证试验结果的准确可靠。
二、试验前准备1. 编制详细的试验计划和操作流程，并向参与试验的人员进行培训，确保每个人都了解试验的目的、方法和安全注意事项。
2. 对试验设备进行定期检查和维护，确保设备的正常运行。
如发现设备存在故障或隐患，应及时修复或更换。
3. 清理试验现场，保持试验区域整洁有序。
清除杂物、易燃物等，确保试验环境的安全。
三、试验操作1. 佩戴个人防护装备，包括安全帽、护目镜、防护手套、防护鞋等。
根据试验特性的不同，还可增加其他防护设备。
2. 在试验过程中，禁止饮食、吸烟、喝酒等危害人身安全的行为。
3. 试验操作前，要对试验对象进行评估和分析，明确试验过程中可能产生的危险因素，并采取相应的措施进行预防和应对。
4. 试验过程中应严格按照试验计划和操作流程进行操作，不得随意更改或省略步骤。
5. 使用试验设备时，必须了解设备的操作方法和安全注意事项，严格按照使用说明进行操作。
6. 定期对试验设备和相关仪器进行维护和校准，确保其准确性和可靠性。
7. 在试验过程中，应及时记录试验结果和观察到的问题，并及时采取相应的措施进行解决。
四、事故处理1. 试验过程中如发生事故，首先要确保试验人员的安全，及时采取应急措施，如关闭设备、断电、关闭阀门等。
2. 立即上报事故情况，通知相关部门进行处理和调查。
3. 协助事故调查人员进行调查，提供必要的信息和资料。
4. 根据事故调查结果，及时修复设备、整改工艺，防止类似事故再次发生。
五、事后总结和改进1. 在特性试验结束后，及时组织对试验过程进行总结和评估，发现问题和不足，并提出相应的改进措施。
2. 修改试验计划和操作流程，完善安全操作规程，提高试验过程的安全性和有效性。
特性试验安全操作规程（2篇）
特性试验安全操作规程特性试验是指在产品开发或改进过程中，为了验证产品的性能、可靠性和安全性，进行的一系列实验的总称。
特性试验安全操作规程是为了保障试验参与人员的人身安全以及试验设备的完整性，规范试验操作流程，防范事故的发生而制定的操作规范。
下面是一份简要的特性试验安全操作规程，以供参考。
一、试验前的准备工作1. 编制试验方案，明确试验目的、内容、方法和时间要求，制定适当的试验计划。
2. 对试验设备进行全面的检查和维护，确保设备的正常运行和安全可靠。
3. 制定试验操作人员的岗位责任和分工，明确每位人员在试验中所负责的具体任务。
4. 组织对试验操作人员进行必要的安全培训，使其了解试验设备的特性和危险性，并熟悉相应的安全操作规程。
5. 建立试验操作记录表，记录试验过程中的操作细节和相应数据，为事故发生时的事故调查提供依据。
二、试验过程中的安全操作规程1. 在试验操作前，要仔细审查试验方案，熟悉试验内容和流程，确保对试验的安全性有全面的了解。
2. 在试验现场设置明确的安全警示标志，提醒和警示周围人员注意安全。
3. 每位试验操作人员必须佩戴符合要求的个人防护装备，包括安全帽、防护服、防护眼镜、耳塞等。
4. 在试验操作前，要对试验设备进行全面的检查和试验，确保设备的正常运行和安全可靠。
发现问题要及时报告并进行处理。
5. 在启动试验设备前，要确保所有人员已经撤离试验现场，并进行适当的远离设备的安全警示。
6. 在试验过程中，严禁试验操作人员擅自离开岗位，必要时须得到上级指挥或协调才能离开。
7. 严禁试验操作人员进行酒后试验，以及违反安全操作规程的行为。
8. 在试验操作期间，要密切关注试验设备的运行状况，及时发现和处理设备的故障和异常情况。
9. 对试验过程中产生的数据进行记录和分析，及时报告试验结果和发现的问题。
10. 在试验结束后，要对试验设备进行维护和清理，将试验现场恢复到正常状态。
三、事故发生时的处理流程1. 发生事故后，首先要立即停止试验操作，并确认现场人员的人身安全。
第5章调节对象的特性及实验测定
* *e T T 1 2
* T 2
* t / T 2
确定y*(t*)和T1*－ T2*的关 系。这样，便确定了两个 方程，可解出T1*、 T2*。
求解步骤： 1.求出放大系数K 2.根据y*(t)，先由y*(t)＝ 2 T ) t t 4 4 1 . 2 3
h d h K A 1 R dt s
整理得：
d h AR hK s R s 1 dt d h T hK ,TAR K 1 S;K R s dt
拉氏变换式为：
H(s) K 1(s) Ts1
K：对象放大系数，T对象的时间常数 对象的反应曲线：对象的某一输入量 作阶跃变化时，其输出对时间的曲线， 又称飞升曲线；
* 4
由t4从曲线上找出y4*
3.由y4*值分三种情况处理：
★
* 0 . 191 y 0 . 33 4
t7 K T ( s ) 用 G 近似，并且 2 2 .4 T T s ( T T ) s 1 1 2 1 2
再由y4*值求出对应的，计算T1和T2
T ( 1 ) T ; T ( 1 ) T 1 1
a sin t b cos t
y ( t ) R sin( t ) R cos sin t R sin cos t 2 2 2
2 NT 2 NT y ( t ) sin t dt ( a sin t b cos t ) sin tdt a 0 0 NT NT 2 NT 2 NT y ( t ) cos t dt ( a sin t b cos t ) cos tdt b 0 0 NT NT
调节对象特性实验_10127
1－6 调节对象特性实验（Governing Object Performance Character Test ）一、实验目的调节对象是控制系统中的一个基本环节，它的动态特性在一定程度上决定了调节过程和调节质 量，它是设计自动控制系统应该着重关注的一个方面。
我们采用反应曲线法求取调节对象的动、静 态特性参数，迟延τ，时间常数 T ，传递系数K 。
二、实验装置供实验的调节对象是一个风机盘管机组 （模型）， 准确地讲， 被调对象是热水盘管出口的空气流， 被调参数为风机盘管机组的送风温度。
本实验通过对调节对象加入阶跃干扰，画出反应曲线，求取 调节对象的动、静态特性。
参数：迟延τ，时间常数 T ，传递系数 K （包括 d i p K K K 、 、 ）。
实验设备：风机盘管自控实验台图 1 风机盘管实验台三、实验原理调节对象受到阶跃干扰（本实验中热水流过盘管内部，空气流过盘管外部翅片的间隙，相当 于对空气流进行加热），后，被调参数会发生飞升或者飞降的过程。
理想情况下，温度变化可以用一 阶微分方程描述，d T K Q dt q q +=× 入 （1）式(1)就是单容对象受到阶跃干扰作用Q 入 后，被调参数气流温度θ随时间t 变化的规律，称为 被调参数的过渡过程，而 t q : 曲线则称为对象的反应曲线（或称飞升曲线），如图（2）所示。
受热气流出口通道四、实验步骤 (1) 在“自动强关”状态下，设定采样周期为 1s 。
按下“手动风机”和“手动水泵” ，待一段时间被控参数稳定后，按下“手动加热” 。
记下实验开始的时间和初温。
(2) 自控设备将每秒自动采样，当被控温度稳定一段时间后，弹出“手动加热” 、 “手动风机”和“手动水泵” ，实验结束。
(3) 调出数据库中的温度随时间变化的数据，做反应曲线，读出延迟τ，求时间常数 T ，传递系数 K （ d i p K K K 、 、 ）等特性参数。
具体公式如下： d / 1 k p = ；ip i T T k k = ，T 为采样周期，取1s ； TT k k d p d = ，T 为采样周期，取1s 。
5制冷装置自动化-调节对象的特性实验测定
5.4.4最小二乘法建立被控过程的数学模型
前面讨论的方法都是建立连续时间数学模型。 为了适应计算机控制技术的发展，需要建立被控过 程的离散时间数学模型。 如果对被控过程的输入信号u(t)、输出信号y(t)进 行采样，则可得到一组输入序列u(k)和输出序列 y(k)：
U(t)
线性定常对象
y( t )
方法：在对象的输入端加特定频率的正弦信号， 同时记录输入和输出的稳定波形（幅度与相位）。在 选定范围的各个频率点上重复上述测试，便可测得该 对象的频率特性。
y （ t） x（t）
5.4.3测定动态特性的统计相关分析法 相关分析法是在生产正常进行中，向被控过程输 入一种对正常生产过程影响不大的特殊信号——伪随 机测试信号，通过对被控过程的输入、输出数据进行 相关分析得到被控过程的数学模型；有时也可以不加 专门信号，直接利用生产过程正常运行时所记录的输 入、输出数据，进行相关分析得到数学模型。 这种方法对系统运行干扰程度低。若系统备有 计算机在线工作，整个试验可由计算机完成。
阶跃响应曲线法建模
给对象输入一阶跃信号或方波信号测其输出响
应。 1．阶跃响应曲线的直接测定
Δμ1 1 t Δh K T t
在被控过程处于开环、稳 态时，将选定的输入量做一阶 跃变化（如将阀门开大） ， 测试记录输出量的变化数据， 所得到的记录曲线就是被控过 程的阶跃响应曲线。
２．矩形脉冲法测定被控过程的阶跃响应曲线 有些工艺对象不允许长时间施加较大幅度的扰 动，那么施加脉宽为△t的方波脉冲，得到的响应曲 线称为“方波响应”。
W(S) e
s
K T S 1
x x0
放大倍数K的物理意义
y
t
K 表明了稳态时，输出 对输入的放大倍数 。求法：
智能调节器特性实验
智能调节器特性实验一、实验目的1、了解智能工业调节器的功能和特性,学习调节器的正确使用方法。
2、了解调节器的PID调节规律及其实现方法.3、掌握调节器比例度、积分时间、微分时间的校验方法4、了解控制参数自整定的方法。
5、了解控制参数整定在整个系统中的重要性二、实验原理（一）PID控制的原理和特点在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。
PID 控制,实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
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。
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。
对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。
为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。
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。
因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
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。
滑动变阻器调节特性的实验研究
３
黼荔舞虑Ｒｏ瑟裟
对电压可实行全程的线性调节。 一般在负载电阻Ｒ确定后，可根据分压电 电源内阻对曲线的影响 从实验曲线可以明显地看出，电源内阻ｒ 的最小值略有影响，但不大，可以忽略；而对分 压电路输出电压的初始值则元影响。无论是限 流电路还是分压电路，电源内阻对输出电压的
Ｕ’
Ｅ
曝
幽１ 图２
０
Ｘ‘ｒａｍ）
图３
图４
（２）分压电路 自Ａ端滑动端向Ｂ端移动，根据欧姆定律 可得输出电压 ｕＲ＝Ｅ一，［（Ｒｏ—Ｒ．】ｆ）＋ｒ］
实验器材：卜５０Ｑ、１．６ Ａ滑动变阻器，
ｏ－＿９９９９．９
Ｑ的电阻箱，卜输出电压与滑动距离的关系
（１）限流电路 自Ａ端滑动端向ＪＢ端移动，根据欧姆定律 可得输出电压
代
。 。
Ｐ Ｆ
当Ｒ＜＜尺。时，则Ｒｘ
Ｒｘ＝Ｒｏ， Ｕ＇Ｒ＝Ｅ
２
０，ｕ’尺＜专
Ｕ，冠：ｉＥ 二
（尺＞＞Ｒｏ），曲线趋于一条水平直线。这时，完 全失去了变阻器调节电压的作用。 ③负载电阻Ｒ的值越小，输出电压的调节 范围越大，但电压的调节性能变差。 在负载电阻尺确定后，根据限流电路 ‰一ｘ曲线，可按Ｒｏ＜Ｒ＜２Ｒｏ选择滑动变阻
图５所示。
Ｖ０１．２０
Ｎｏ．１６９
Ｚ：呈咝
：箜：垫型堕塑堡坠２咝生笙Ｚ塑
负载电阻阻值Ｒ分别取０．５
５００ Ｑ、５０００
物理教学探讨
第２０卷总第１６９期
实验曲线（取负载电阻阻值Ｒ＝１０ Ｑ）如 图６Ｑ所示。同样，从理论曲线与实验曲线的对 比，可见实验曲线低于理论曲线，显然也是由电 源内阻影响所致。
２
输出电压和调节范围。当负载电阻尺一定时，电 源内阻ｒ的值越大，输出电压越小。因而，电源 内阻越小越好。 总之，滑动变阻器在实验中的选取与接法，
调节类实验
调节类实验1．大量研究证实，干旱会影响植物激素代谢和生长发育。
NO是一种细胞内和细胞间的信号传递分子，对植物的生长和发育均有诱导作用。
某研究小组以玉米幼苗根系为实验材料，研究干旱对玉米幼苗根系NO的释放及对玉米幼苗根系生长发育的影响。
实验结果如下：请回答下列问题：（1）实验结果说明干旱对玉米幼苗根系释放NO有作用。
NO释放增加对玉米幼苗根系的生长有作用。
（2）根据实验结果推测，植物在适度干旱环境和正常环境下生长相比，其根系的分布特点以及吸收水分能力的变化是。
（3）植物激素对根系生长有很重要的调节作用。
右图表示不同浓度生长素对同一植物不同器官所起作用的关系：曲线。
表示生长素浓度对根所起的作用关系；右图能说明生长素的作用特点有哪些？。
2．下图为某同学制备的带迷走神经的搏动的离体蛙心(数量若干)，用插管插入蛙心的心室腔中。
插管内的液体是任氏液(能够维持蛙心跳动的生理溶液)，心脏内的血液已被任氏液代替。
现用电刺激支配蛙心的迷走神经，发现心跳减慢减弱。
为了探究兴奋从迷走神经传到心脏是以局部电流的形式还是以分泌神经递质的形式呢?该同学设计了以下实验步骤，请补充完整实验步骤并请回答相关问题：实验步骤：步骤一：取制备好的两个离体的带有迷走神经的蛙心。
步骤二：将两个蛙心分别置于盛有_____________的容器A、B中，并分别观察测量蛙心的心率(MA、MB)。
步骤三：刺激A中蛙心的迷走神经，并观察测量蛙心的心率(NA)。
步骤四：_________________________________________，并观察测量蛙心的心率(NB)。
请分析回答：(1)实验中使用任氏液中除了含Ca2+离子外，还应含________两种无机盐离子。
(2)步骤四中能否刺激B中蛙心的迷走神经后，再观察测量蛙心的心率?为什么?___________________________________________________________________(3)实验结果预测及结论：(I)若MA________NA，MB__________NB，则实验结论为：(II)若MA NA，MB__________NB，则实验结论为：3．植物开花受开花激素的影响，同时也受环境条件的影响。
实验一对象特性测试实验
参数值 测量情况 正向输入 反向输入 平均值
低液位 K0 T1 T2 τ K0’
高液位 T1’ T2’ τ '
按常规内容编写实验报告，并根据 K0、T1、T2、τ平均值写出广义的传递函数。
实验二：单容液位控制系统参数整定实验
调节器参数的整定是过程控制系统设计的核心内容之一。它的任务是：根据被控 过程的特性确定 PID 调节器的比例度 δ ， 积分时间 TI 及微分时间 TD 的大小。 在简单 的过程控制系统中，调节器参数整定通常以系统瞬态响应的衰减率为主要指标，保证 系统具有一定的稳定裕量。 调节器参数的整定的方法很多，概括起来分为两大类：一是理论计算整定法。它 主要依据系统的数学模型，采用控制理论中的根轨迹法频率特性法等，经过理论计算 确定调节器的数值。这种方法不仅计算繁琐，而且过分依赖数学模型，所得到数据未 必直接可用，还必须通过实际进行调整和修改。因此，理论计算整定法除了有理论指 导意义外，工程实际中较少采用。二是工程整定法，它主要依靠工程经验，直接在过 程控制的实验中进行，且方法简单，易于掌握，相当实用，从而在工程实际中被广泛 采用。 调节器的工程整定方法，主要有临界比例度法、衰减曲线法。 （1）临界比例度法 这是一种闭环整定方法。由于该方法直接在闭环系统中进行，不需测试过程的动 态特性，因为方法简单，使用方便，获得了广泛的应用。具体步骤如下： ● 先将调节器的积分时间 TI 置于最大（TI=∞）微分时间 TD 置零（TD=0） ，比 例度 δ置为较大的数值，使系统投入闭环运行。 ● 待系统运行稳定后，对设定值施加一个阶跃扰动，并减小 δ ，直到系统出现如 图 1.1 所示的等幅振荡，即临界振荡过程。记录此时的 δ k（临界比例带）和等幅振荡 周期 Tk。 ● 根据记录的 δ k 和 TK，按表给出的经验公式计算出调整器的 δ 、TI 及 TD 的参 数。 需要指出的是，采用这种方法整定调节器的参数时会受到一定的限制，如有些过 程控制系统不允许进行反复振荡实验，像锅炉给水系统和燃烧控制系统等，就不可能 应用此法。再如某些时间常数较大的单容过程，采用比例调节时根本不可能出现等幅 振荡，也就不能应用此法。
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1－6 调节对象特性实验
（Governing Object Performance Character Test ）
一、实验目的
调节对象是控制系统中的一个基本环节，它的动态特性在一定程度上决定了调节过程和调节质 量，它是设计自动控制系统应该着重关注的一个方面。
我们采用反应曲线法求取调节对象的动、静 态特性参数，迟延τ，时间常数 T ，传递系数K 。
二、实验装置
供实验的调节对象是一个风机盘管机组 （模型）， 准确地讲， 被调对象是热水盘管出口的空气流， 被调参数为风机盘管机组的送风温度。
本实验通过对调节对象加入阶跃干扰，画出反应曲线，求取 调节对象的动、静态特性。
参数：迟延τ，时间常数 T ，传递系数 K （包括 d i p K K K 、 、 ）。
实验设备：风机盘管自控实验台
图 1 风机盘管实验台
三、实验原理
调节对象受到阶跃干扰（本实验中热水流过盘管内部，空气流过盘管外部翅片的间隙，相当 于对空气流进行加热），后，被调参数会发生飞升或者飞降的过程。
理想情况下，温度变化可以用一 阶微分方程描述，
d T K Q dt q q +=× 入 （1）
式(1)就是单容对象受到阶跃干扰作用Q 入 后，被调参数气流温度θ随时间t 变化的规律，称为 被调参数的过渡过程，而 t q : 曲线则称为对象的反应曲线（或称飞升曲线）
，如图（2）所示。
受热气流出口
通道
四、实验步骤 (1) 在“自动强关”状态下，设定采样周期为 1s 。
按下“手动风机”和“手动水泵” ，待一段
时间被控参数稳定后，按下“手动加热” 。
记下实验开始的时间和初温。
(2) 自控设备将每秒自动采样，当被控温度稳定一段时间后，弹出“手动加热” 、 “手动风机”
和“手动水泵” ，实验结束。
(3) 调出数据库中的温度随时间变化的数据，做反应曲线，读出延迟τ，求时间常数 T ，传递
系数 K （ d i p K K K 、 、 ）等特性参数。
具体公式如下： d / 1 k p = ；
i
p i T T k k = ，T 为采样周期，取1s ； T
T k k d p d = ，T 为采样周期，取1s 。
其中， % 100 85 . 0 0
0 ´ = T K t d ，T i =2τ，T d =0.5τ；T 0 表示温度达到最高值所需时间 T 的 63.2%。
x x y K x
y y min
max min max 0 - D - D = ，分母为 1， y D 为测量终态值与初始值之差， max y ＝100℃， min y ＝0℃。
五、实验要求
1.了解实验原理及绘制反应特性图，并能求出比例常数 p K ,积分常数 i K 和微分常数 d K 。
2.从实验得出的反映曲线中求出差动范围、延迟和工作周期，理解调节对象特性比 T
t 的定义。
3．实验安排方式：实验开放，同时可安排实验 4 组，每组 3～4 人。
图 2
一阶（单容）对象反应曲线
六、 实验报告要求
1． 实验原理。
2． 实验装置简图、实验方案和测试方法。
3． 测试记录及计算结果。
4． 对实验结果的分析。
5． 说明自己通过本实验所发现的问题、解决的问题和未能解决的问题。
6． 写出自己的收获和体会。
七、 实验思考题
1. 本实验中如果将实验测试装置简化为一阶单容对象，请问需要简化的因素有哪些？
2．分析实际实验条件下，影响气流最终温度稳定值的因素有哪些？
3．根据实验测得的调节对象的特性比 T t ，提出选用控制器类型的建议。
八、实验考核
1、 考核的内容
考勤、实验过程中的表现和实验报告。
2、 成绩评定的方法
实验成绩依学生考勤（减分） 、实验中表现成绩和实验报告成绩评定。