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PAGE90PAGE12目錄緒論···············································································3THJ-2型高級過程掌握系統(tǒng)的概述···································5其次章被控對象特性測試····················································15第一節(jié)單容水箱特性的測試?單回路掌握系統(tǒng)實驗·················································27其次節(jié)上水箱(或中水箱或下水箱)液位定值掌握系統(tǒng)

?第八節(jié)電動閥支路流量的定值掌握系統(tǒng)?第四章溫度位式掌握系統(tǒng)實驗·············································57?第五章串級掌握系統(tǒng)的實驗·················································60?第四節(jié)下水箱液位與電動調(diào)節(jié)閥支路流量的串級掌握系統(tǒng)單容水箱特性的測試一、實驗目的1。掌握單容水箱的階躍響應的測試方法,并記錄相應液位的響應曲線。2。依據(jù)實驗得到的液位階躍響應曲線,用相關的方法確定被測對象的特征參數(shù)T和傳遞函數(shù)。二、實驗設備1.THJ-2型高級過程掌握系統(tǒng)實驗裝置2.計算機及相關軟件3.萬用電表一只三、實驗原理圖2—1單容水箱特性測試結構圖由圖2—1可知,對象的被掌握量為水箱的液位H,掌握量(輸入量)是流入水箱中的流量Q1,手動閥V1和V2的開度都為定值,Q2為水箱中流出的流量.依據(jù)物料平衡關系,在平衡狀態(tài)時Q10—Q20=0(1)動態(tài)時,則有Q1-Q2=(2)式中V為水箱的貯水容積,為水貯存量的變化率,它與H的關系為,即=A(3)A為水箱的底面積。把式(3)代入式(2)得Q1—Q2=A(4)基于Q2=,RS為閥V2的液阻,則上式可改寫為Q1—=A即ARS+h=KQ1或寫作=(5)式中T=ARS,它與水箱的底積A和V2的RS有關;K=RS。式(5)就是單容水箱的傳遞函數(shù)。若令Q1(S)=,R0=常數(shù),則式(5)可改為H(S)=×=K-對上式取拉氏反變換得h(t)=KR0(1—e—t/T)(6)當t—〉∞時,h(∞)=KR0,因而有K=h(∞)/R0=輸出穩(wěn)態(tài)值/階躍輸入當t=T時,則有h(T)=KR0(1-e—1)=0.632KR0=0。632h(∞)式(6)表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù),如圖2-2所示。當由實驗求得圖2-2所示的階躍響應曲線后,該曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63%圖2—2單容水箱的單調(diào)上升指數(shù)曲線所對應的時間,就是水箱的時間常數(shù)T。該時間常數(shù)T也可以通過坐標原點對響應曲線作切線,切線與穩(wěn)態(tài)值交點所對應的時間就是時間常數(shù)T,由響應曲線求得K和T后,就能求得單容水箱的傳遞函數(shù)。如果對象的階躍響應曲線為圖2—3,則在此曲線的拐點D處作一切線,它與時間軸交于B點,與響應穩(wěn)態(tài)值的漸近線交于A點。圖中OB即為對象的滯后時間τ,BC為對象的時間常數(shù)T,所得的傳遞函數(shù)為:H(S)=圖2—3單容水箱的階躍響應曲線四、實驗內(nèi)容與步驟1。按圖2-1接好實驗線路,并把閥V1和V2開至某一開度,且使V1的開度大于V2的開度。2.接通總電源和相關的儀表電源,并啟動磁力驅動泵。3.把調(diào)節(jié)器設置于手動操作位置,通過調(diào)節(jié)器增/減的操作轉變其輸出量的大小,使水箱的液位處于某一平衡位置。4.手動操作調(diào)節(jié)器,使其輸出有一個正(或負)階躍增量的變化(此增量不宜過大,以免水箱中水溢出),于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài),經(jīng)過肯定的調(diào)節(jié)時間后,水箱的液位進入新的平衡狀態(tài),如圖2-4所示.圖2-4單容箱特性響應曲線5.啟動計算機登記水箱液位的歷史曲線和階躍響應曲線。6.把由實驗曲線所得的結果填入下表.參數(shù)值測量值液位hKTτ正向輸入負向輸入平均值五、實驗報告1.寫出常規(guī)的實驗報告內(nèi)容.2.分析用上述方法建立對象的數(shù)學模型有什么局限性?六、思考題1.做本實驗時,為什么不能任意轉變出水口閥開度的大?。浚?。用響應曲線法確定對象的數(shù)學模型時,其精度與那些因素有關?上水箱(中水箱或下水箱)液位定值掌握系統(tǒng)一、實驗目的了解單閉環(huán)液位掌握系統(tǒng)的結構與組成.掌握單閉環(huán)液位掌握系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。討論調(diào)節(jié)器相關參數(shù)的變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實驗設備1.THJ—2型高級過程掌握系統(tǒng)裝置2.計算機、上位機MCGS組態(tài)軟件、RS232—485轉換器1只、串口線1根3。萬用表1只三、實驗原理本實驗系統(tǒng)的被控對象為上水箱,其液位高度作為系統(tǒng)的被掌握量。系統(tǒng)的給定信號為肯定值,它要求被掌握量上水箱的液位在穩(wěn)態(tài)時等于給定值。由圖3-7上水箱液位定值掌握結構圖反饋掌握的原理可知,應把上水箱的液位經(jīng)傳感器檢測后的信號作為反饋信號。圖3-7為本實驗系統(tǒng)的結構圖,圖3-8為掌握系統(tǒng)的方框圖。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下無靜差,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應為PI或PID。圖3-8上水箱液位定值掌握方框圖四、實驗內(nèi)容與步驟1。按圖3-7要求,完成系統(tǒng)的接線。2.接通總電源和相關儀表的電源.3.打開閥F1-1、F1-2、F1—6和F1-9,且把F1-9掌握在適當?shù)拈_度。4.選用單回路掌握系統(tǒng)實驗中所述的某種調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法整定好調(diào)節(jié)器的相關參數(shù).5.設置好系統(tǒng)的給定值后,用手動操作調(diào)節(jié)器的輸出,使電動調(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,把調(diào)節(jié)器切換為自動,使系統(tǒng)投入自動運行狀態(tài)。6.啟動計算機,運行MCGS組態(tài)軟件軟件,并進行下列實驗:1)當系統(tǒng)穩(wěn)定運行后,突加階躍擾動(將給定量增加5%~15%),觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應曲線.2)待系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)后,適量轉變閥F1—6的開度,以作為系統(tǒng)的擾動,觀察并記錄在階躍擾動作用下液位的變化過程。7.適量轉變PI的參數(shù),用計算機記錄不同參數(shù)時系統(tǒng)的響應曲線.五、實驗報告1.用實驗方法確定調(diào)節(jié)器的相關參數(shù)。2.列表記錄,在上述參數(shù)下求得階躍響應的動、靜態(tài)性能指標。3.列表記錄,在上述參數(shù)下求得系統(tǒng)在階躍擾動作用下響應曲線的動、靜態(tài)性能指標。變比例度δ和積分時間TI對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響?電動閥支路流量的定值掌握系統(tǒng)一、實驗目的1、了解單閉環(huán)流量定值掌握系統(tǒng)的組成.2、應用階躍響應曲線法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。3、討論調(diào)節(jié)器中相關參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗設備1、THJ-2型高級過程掌握系統(tǒng)實驗裝置2、計算機、上位機MCGS組態(tài)軟件、RS232—485轉換器1只、串口線1根3、萬用表1只三、實驗原理圖3—19單閉環(huán)流量掌握系統(tǒng)的結構圖圖3—19為單閉環(huán)流量掌握系統(tǒng)的結構圖。系統(tǒng)的被控對象為管道,流經(jīng)管道中的液體流量Q作為被掌握量.基于系統(tǒng)的掌握任務是維持被掌握量恒定不變,即在穩(wěn)態(tài)時,它總等于給定值。因此需把流量Q經(jīng)檢測變送后的信號作為系統(tǒng)的反饋量,并采納PI調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)的掌握方框圖見圖3-20?;诒豢貙ο笫且粋€時間常數(shù)較小的慣性環(huán)節(jié),故本系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的參數(shù)宜用階躍響應曲線法確定。圖3—20單閉環(huán)流量掌握系統(tǒng)的方框圖四、實驗內(nèi)容與步驟1、按圖3-19要求,完成實驗系統(tǒng)的接線。2、接通總電源和相關儀表的電源。3、按閱歷數(shù)據(jù)預先設置好副調(diào)節(jié)器的比例度。4、打開閥F1-1、F1-2、F1-8。5、依據(jù)用階躍響應曲線法求得的K、T和τ,查本章中的表四確定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)δ和周期Ti。6、設置流量的給定值后,手動操作調(diào)節(jié)器的輸出,通過電動調(diào)節(jié)閥支路給下水箱打水。等流量Q趨于給定值且不變后,把調(diào)節(jié)器由手動切換為自動,使系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài).7、打開計算機,運行MCGS組態(tài)軟件,并進行如下的實驗:當系統(tǒng)穩(wěn)定運行后,突加階躍擾動(將給定量增加5%~15%),觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應曲線。8、通過反復多次調(diào)節(jié)PI的參數(shù),使系統(tǒng)具有較滿意的動態(tài)性能指標。用計算機記錄此時系統(tǒng)的動態(tài)響應曲線.五、實驗報告1、用實驗方法整定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)。2、作出比例P掌握時,不同δ值下的階躍響應曲線,并登記它們的余差ess.3、比例積分調(diào)節(jié)器(PI)掌握1)在比例調(diào)節(jié)掌握實驗的基礎上,加上積分作用“I”,即把“I"(積分)設置為一參數(shù),依據(jù)不同的情況,設置不同的大小。觀察被掌握量能否回到原設定值的位置,以驗證系統(tǒng)在PI調(diào)節(jié)器掌握下,系統(tǒng)的階躍擾動無余差產(chǎn)生.2)固定比例P值(中等大?。?然后轉變調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)TI值,觀察加入階躍擾動后被調(diào)量的輸出波形和響應時間的快慢.3)固定TI于某一中等大小的值,然后轉變比例度δ的大小,觀察加階躍擾動后被調(diào)量的動態(tài)波形和響應時間的快慢。4、分析δ和TI值轉變時,各給系統(tǒng)動態(tài)性能產(chǎn)生什么影響。六、思考題1、消除系統(tǒng)的余差為什么采納PI調(diào)節(jié)器,而不采納純積分器?2、為什么本系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定要用階躍響應曲線法,而不用臨界比例度法和阻尼振蕩法?下水箱液位與電動調(diào)節(jié)閥支路流量的串級掌握系統(tǒng)一、實驗目的1、熟識液位-流量串級掌握系統(tǒng)的結構與組成。2、掌握液位—流量串級掌握系統(tǒng)的投運與參數(shù)的整定方法。3、討論階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統(tǒng)主掌握量的影響。4、主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)的轉變對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗設備1、THJ-2型高級過程掌握系統(tǒng)實驗裝置2、計算機、上位機MCGS組態(tài)軟件、RS232—485轉換器1只、串口線1根3、萬用表1只三、實驗原理圖5-6液位—流量串級掌握系統(tǒng)的結構圖本實驗系統(tǒng)的主控量為下水箱的液位高度H,副控量為電動調(diào)節(jié)閥支路流量Q,它是一個幫助的掌握變量。系統(tǒng)由主、副兩個回路所組成。主回路是一個恒值掌握系統(tǒng),使系統(tǒng)的主掌握量H等于給定值;副回路是一個隨動系統(tǒng),要求副回路的輸出能正確、快速地復現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出的變化規(guī)律,以達到對主掌握量H的掌握目的。不難看出,由于主對象下水箱的時間常數(shù)較大于副對象管道的時間常數(shù),因而當主擾動(二次擾動)作用于副回路時,在主對象未受到影響前,通過副回路的快速調(diào)節(jié)作用已消除了擾動的影響。圖5-6為實驗系統(tǒng)的結構圖,圖5-7為該掌握系統(tǒng)的方框圖。圖5—7液位-流量串級掌握系統(tǒng)的方框圖四、實驗內(nèi)容與實驗步驟1、按圖5-6要求,完成實驗系統(tǒng)的接線。2、接通總電源和相關儀表的電源。3、打開閥F1—1、F1—8,并把閥F1-11固定于某一合適的開度。4、按閱歷數(shù)據(jù)預先設置好副調(diào)節(jié)器的比例度。5、調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)器的比例度,使系統(tǒng)的輸出響應呈4:1的衰減度,登記此時的比例度δS和周期TS.按查表所得的PI參數(shù)對主調(diào)節(jié)器的參數(shù)進行整定。6、手動操作主調(diào)節(jié)器的輸出,掌握電動調(diào)節(jié)閥給下水箱打水,待下水箱液位相對穩(wěn)定且等于給定值時,把主調(diào)節(jié)器改為自動,系統(tǒng)進入自動運行。7、打開計算機,運行MCGS組態(tài)軟件,并進行如下的實驗:1)當系統(tǒng)穩(wěn)定運行后,設定值加一合適的階躍擾動,觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應曲線。2)適量打開閥F2-5,觀察并記錄階躍擾動作用于主對象時,系統(tǒng)被掌握量的響應過程.3)關閉閥F2-5,待系統(tǒng)穩(wěn)定后,適量打開電動閥兩端的旁路閥F1-3,觀察并記錄階躍擾動作用于副對象時系統(tǒng)被掌握量的影響.8、通過反復對主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)節(jié),使系統(tǒng)具有較滿意的動、靜態(tài)性能。用計算機記錄此

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