双容水箱

“过程控制系统设计”

实物实验报告

实验名称：双容水箱对象特性测试实验姓名：王季诚

学号： 20101512 班级： 2010032班

指导老师：李芹

同组人：沈依春、王超

实验时间：2013年4月26日

一、实验目的

1、了解双容对象的动态特性及其数学模型

2、熟悉双容对象动态特性的实验测定法原理

3、掌握双容水箱特性的测定方法

二、实验设计：（画出“系统方框图”和“设备连接图”）

设备连接图：

方框图

水箱1 阀门

液位传感器

设定值

水箱1液位

三、实验步骤

1、进入实验：运行四水箱DDC实验系统软件，选择DDC实验；

2、选择执行机构：在实验系统中有两个执行机构，分别由控制量“U1”和“U2”控制。这两个控制量的范围为0～100，选择“U1”作为控制量。

3、选择双容对象：实验系统有四个水箱：水箱1、水箱2、水箱3和水箱4，它们对应的液位分别用H1、H2、H3和H4表示，选择水箱3和水箱1串接成一组双容水箱作为被测定对象。

4、组成控制回路：构成的控制量为U1，被测量为H1的控制回路，为此根据连接图，我们需打开水箱1和3的进水阀，关闭其它进水阀。

5、选择工作点：控制量“U1”控制执行机构，通过构造的控制回路，使被测的单容水箱的液位稳定在某个点。

具体设置方式如下：

选择控制量“U1”

如上图所示，单击实验界面中的调节阀图标，进入输出设置窗体，如下图所示：

在窗体中，通过键盘输入期望的值。

6、 控制量阶跃变化

当单容水箱的液位稳定在工作点时，让U1根据实际的效果选择跳变的幅度。

四、实验记录（包括实验数据和波形图）

1、阀门开度20%变化到25%

T(min) 0 2 4 7

10

13

16

20

26

27

被测量

水箱H1的液位 5.1

6.9 8.2

10.5

12.1

13.4

14.4

15.1

15.4

15.7

2、阀门开度从25%到22.5%

3、阀门开度22.5%→27.5%→22.5%(脉冲宽度8min)

T(min) 0 2 6 11 15 18 22 26

被测量 水箱H1的液位

15.5 15.5 14.8 14.1 13.4 13.1 12.7 12.5

T(min) 0 1 4 6 11 15 19 23

被测量 水箱H1的液位 12.2 12.2 13.3 13.5 13.6 13.3 13.0 13.0

阶跃响应

12.2 12.2 13.3 13.5 25.8

26.7

26.8

26.8

1、阀门开度20%变化到25%阶跃曲线

5

10

15

20

25

468101214161820%-25%水箱1的阶跃曲线

2、阀门开度从25%到22.5%

5

10

15

20

25

468101214161825%-22.5%水箱1的阶跃曲线

3、阀门开度22.5%→27.5%→22.5%(脉冲宽度8min)

5

10

15

20

25

510

15

20

25

30

测得的数据曲线

五、结果分析

一、阀门开度从20%到25%

A 、两点法

当阀门开度从20%→25%时： K=

%/12.2%

20%251

.57.15cm =--

在图中取两点：y(1t )=0.39⨯(15.7-5.1)+5.1=9.234cm y(2t )=0.632⨯(15.7-5.1)+5.1=11.8cm 得：1t =4.75(min) 2t =8.47(min)

所以：T =2（2t -1t ）=2⨯（8.47-4.75）=7.44(min)

τ=21t -2t =2⨯4.75-8.47=1.03(min)

B 、作图法：

在拐点处做切线得两点（1.47,7.6），（18.45，16.5） 所以有：τ=1.47(min) T =18.45-1.47=16.98(min) 被控对象的传递函数为：s e s s G 03.11

44.712

.2)(-+=

二、阀门开度从25%到22.5% A 、两点法

当阀门开度从25%→22.5%时： K=

%/28.1%

5.22%256

.128.15cm =--

在图中取两点：y(1t )=0.39⨯(15.8-12.6)+12.6=13.848cm y(2t )=0.632⨯(15.8-12.6)+12.6=14.622cm 得：1t =13.98(min) 2t =12.86(min)

所以：T =2（2t -1t ）=2⨯（13.98-12.86）=2.24(min)

τ=21t -2t =2⨯12.86-13.98=14.74(min)

B 、作图法：

在拐点处做切线得两点（2.56,15.68），（22.45,12.75） 所以有：τ=2.56(min) T =22.45-2.56=19.89(min) 被控对象的传递函数为：s e s s G 75.141

24.228

.1)(-+=

三、阀门开度从22.5%到27.5%再到22.5% A 、两点法 K=

%/92.2%

5.22%5.272

.128.26cm =--

在图中取两点：y(1t )=0.39⨯(26.8-12.2)+12.2=17.894cm y(2t )=0.632⨯(26.8-12.2)+12.2=21.43cm 得：1t =6.28(min) 2t =11.78(min)

所以：T =2（2t -1t ）=2⨯（11.78-6.28）=11(min)

τ=21t -2t =2⨯6.28-11.78=0.78（min)

B 、作图法：

在拐点处做切线得两点（4.36，,13.69），（17.5,23.5） 所以有：τ=4.36(min) T =17.5-4.36=13.14(min) 被控对象的传递函数为：s

e s s G 78.01

1192.2)(-+=

六、思考题

1、简述实验法测定双容水箱动特性的过程。

开启实验设备，连接线路后，在电脑上打开DDC 实验，设定U1的开度为30%，等待水箱3和水箱1稳定，并且稳定值不能过高也不能过低，否则实验数据不准确。然后给予U1不同的开度，再等待其稳定，记录实验数据。可以选择向上的阶跃，两次向下的阶跃，再设定一次8分钟的脉冲宽度，做一次脉冲响应。完成的4组数据分别计算K,T, τ的的值，根据自己的设想完成最后的双容水箱的传