實驗三 雙容水箱液位定值控制

1、實驗三 雙容液位定值控制實驗原理:本實驗以中水箱與下水箱串聯(lián)作為被控對象，下水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。要 求下水箱液位穩(wěn)定至給定量，將壓力傳感器LT3檢測到的下水箱液位信號作為反饋信號， 在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，以達到控制下水箱液位的目 的。實驗系統(tǒng)控制方框圖如下所示:圖3 1雙容液位定值控制系統(tǒng)方框圖實驗內(nèi)容一：觀察系統(tǒng)在PI控制參數(shù)下的動態(tài)響應(yīng)曲線1、按要求設(shè)定參數(shù)，液位給定值SV=80mm，PI參數(shù)為P=20，1=60。2、設(shè)置好系統(tǒng)的給定值后，用手動操作AI智能調(diào)節(jié)儀的輸出，通過電動調(diào)節(jié)閥給上水箱打水，待其液位達到給定量所要求的值，且基本穩(wěn)定不變時，

2、把輸出切換為自動， 使系統(tǒng)投入自動運行狀態(tài)。其總貌圖如下圖所示:上圖曲線中所示，恒定不變的曲線線為下水箱液位的設(shè)定值，上面一條曲線為下水箱液 位的的測量值，下面一條曲線為中水箱液位的測量值。3、觀察系統(tǒng)在設(shè)定的控制參數(shù)下的動態(tài)響應(yīng)曲線，如下圖所示:圖3 3雙容液位定值控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)曲線由上圖可知，其最大測量值為PVmax=119.35mm，由此可得出其最大超調(diào)量0 =(119.35 80)/80*100%，0 =50%。又由實時數(shù)據(jù)知：t1 = 09:59:15，t2= 10:04:43則其上升時間t=t2J=328s。由以上可知，該雙容控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)不如單容液位定值控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，

3、并且， 在雙容定值控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的響應(yīng)還有一定的滯后，其滯后時間為T=94s。分析以上現(xiàn)象可得出以下的結(jié)論：本實驗中被測對象由兩個不同容積的水箱相串聯(lián)組成，故稱其為雙容對象。根據(jù)前一實 驗單容水箱液位定值控制的原理，可知雙容水箱數(shù)學(xué)模型是兩個單容水箱數(shù)學(xué)模型的乘積， 即雙容水箱的數(shù)學(xué)模型可用一個二階慣性環(huán)節(jié)來描述：G(s)=Q(s)G2(s)=x = f,丁(3 1)12 T s + 1 T s + 1 (T s + 1 )(T s + 1)1212式中K=k1k2,為雙容水箱的放大系數(shù)，L、T2分別為兩個水箱的時間常數(shù)。本實驗中被測量為下水箱的液位，當(dāng)中水箱輸入量有一階躍增量變化時，兩水箱

4、的液位 變化曲線如圖34所示。由圖34可見，上水箱液位的響應(yīng)曲線為一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù) (圖34 (a)；而下水箱液位的響應(yīng)曲線則呈S形曲線(圖34 (b)，即下水箱的液位響 應(yīng)滯后了，它滯后的時間與閥F1 10和F1 11的開度大小密切相關(guān)。一般情況下，要求 閥F1 10的開度要大于閥F1 11的開度，這樣才能保證在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時有流量平衡關(guān)系： Q1=Q2。圖34雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線(a) 中水箱液位 (b)下水箱液位實驗內(nèi)容二：研究系統(tǒng)在擾動作用下的動態(tài)響應(yīng)過程1、當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定在給定值后，給系統(tǒng)加一階躍干擾，使SV=90mm,觀察其動態(tài)響應(yīng)過程。響應(yīng)曲線如下圖所示:圖35階躍擾動下系統(tǒng)的

5、響應(yīng)曲線由上圖可看出，與單容系統(tǒng)一樣該控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾的能力。當(dāng)干擾出現(xiàn)后， 系統(tǒng)能在調(diào)節(jié)閥的工作下很快的進行調(diào)整，并在短時間內(nèi)達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。2、當(dāng)系統(tǒng)再次穩(wěn)定后，開啟變頻器一磁力泵，打開閥F25,利用這一支路打水進入下水箱形成干擾。變頻器的頻率固定在18.7Hz。其曲線如下圖所示：/o009:56:5410:02:5410:08:5410:14:5410:20:5410:26:5410:32:5410:38:5410:44:5410:5一 一 一 一圖36變頻擾動作mr水箱時的而3、關(guān)閉閥F25，打開閥F24，使擾動作用在中水箱。變頻器的頻率仍固定在18.7Hz。其曲線如下圖所示:圖37變頻擾動作用在中水箱時的曲線由以上兩個曲線可以看到，當(dāng)利用變頻器一磁力泵支路打水形成干擾時，將水打入中水 箱時比打入下水箱時對系統(tǒng)的影響要小，也就是說，系統(tǒng)克服進入中水箱的干擾的能力要比 克服進入下水箱的干擾的能力要強。這是因為，擾動進入系統(tǒng)的位置越遠離被