雙容水箱液位特性測試實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1.熟悉雙容水箱的數(shù)學(xué)模型,掌握雙容水箱特性的階躍響應(yīng)曲線測試方法;2.根據(jù)由實(shí)驗(yàn)測得的雙容液位的階躍響應(yīng)曲線,確定其特征參數(shù)K、、及傳遞函數(shù);
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1.IPA 1 COMPACT STATION—DDC控制模塊
2.計(jì)算機(jī)及MCGS組態(tài)軟件—DDC控制實(shí)驗(yàn)_ModBusRTU.MCG
3.實(shí)驗(yàn)專用線若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線一根。
三、實(shí)驗(yàn)原理
雙容水箱示意圖如圖2.1.9所示。
圖2.1.9 具有自衡能力的單容水箱示意圖
根據(jù)物料平衡方程,可得出雙容液位過程的傳遞函數(shù)為
(2.7)
考慮到對象的滯后時間,則單容液位過程的傳遞函數(shù)可用式(2.8)表示
(2.8)
增益K的計(jì)算方法與一階系統(tǒng)的求法相同,即:
(2.9)
再根據(jù)階躍響應(yīng)曲線脫離起始的毫無反應(yīng)的階段,開始出現(xiàn)變化的時候,就可以確定參數(shù)。
剩下的問題就是用式(2.10)來擬合已去掉純延遲部分并已化為無量綱形式的階躍響應(yīng):
(2.10)
式(2.10)對應(yīng)的階躍響應(yīng)為:
(2.11)
根據(jù)上式,就可以利用階躍響應(yīng)上兩個點(diǎn)的數(shù)據(jù)和確定參數(shù)和。例如,可以取分別等于0.4和0.8,從曲線上定出和。如圖2.1.10所示。
圖2.1.10根據(jù)階躍響應(yīng)曲線上兩個點(diǎn)確定和
聯(lián)立方程如下式所示:
(2.12)
上式的近似解為:
(2.13)
(2.14)
對于用式(2.8)表示的二階對象,應(yīng)有:
(2.15)
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟
1.了解實(shí)驗(yàn)裝置中的對象,流程圖如圖2.1.11所示。
圖 2.1.11上下水箱雙容特性測試實(shí)驗(yàn)流程圖
2.接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。
在傳感器信號輸出區(qū)域,將下水箱液位信號LT2用實(shí)驗(yàn)線連接到DDC控制模塊的AI0信號輸入端,正負(fù)一一對應(yīng)。
將DDC控制模塊輸出信號AO0連接到執(zhí)行器控制信號輸入?yún)^(qū)的電動調(diào)節(jié)閥控制信號端口,正負(fù)一一對應(yīng)。
3.使用485轉(zhuǎn)232通訊線將控制臺側(cè)邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機(jī)連接。
4.將手動閥門1V1、V3、V4打開,將1V2關(guān)閉。
5.先打開控制臺左側(cè)的總電源開關(guān),按“Start”按鈕啟動設(shè)備,再打開DDC電源開關(guān)。
6.在控制板上打開水泵、電動電動調(diào)節(jié)閥電源開關(guān)。
7.打開計(jì)算機(jī)上的 MCGS運(yùn)行環(huán)境,選擇“系統(tǒng)管理”下拉菜單中的“用戶登錄”。如圖2.1.12所示。
圖2.1.12MCGS工作界面
8.出現(xiàn)的窗口如圖2.1.13所示。
圖2.1.13用戶登錄”界面
9.點(diǎn)擊“確認(rèn)”,用戶登錄完畢。選擇“特性實(shí)驗(yàn)”下拉菜單中的“上下水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)”。如圖2.1.14所示。
圖2.1.14“特性實(shí)驗(yàn)”下拉菜單
10.出現(xiàn)如圖2.1.15所示的“上下水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)”界面。
圖2.1.15 “上下水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)”界面
11.點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置”,出現(xiàn)的界面如圖2.1.16所示。
圖2.1.16 “參數(shù)設(shè)置”界面
12.將AI0設(shè)置為0 – 30。點(diǎn)擊退出,參數(shù)設(shè)置完畢。
13.設(shè)置閥門開度值,使下水箱液位處于某一平衡位置,記下此時的閥門開度值和電流值。
14.增大閥門開度值,使系統(tǒng)輸入幅值適宜的階躍信號(階躍信號不要太大,估計(jì)上水箱水不要溢出),這時系統(tǒng)輸出也有一個變化的信號,使系統(tǒng)在較高液位也能達(dá)到平衡狀態(tài)。記下此時的電流值。
15.對實(shí)驗(yàn)的記錄曲線分別進(jìn)行分析和處理,處理結(jié)果記錄表中
階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)處理記錄表
測量情況 參數(shù)值 |
|||
K1 | T1 | τ1 | |
1 | |||
2 | |||
平均值 |
五、實(shí)驗(yàn)報告要求
1.畫出雙容水箱液位特性測試實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)框圖。
2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)及曲線,分析并計(jì)算出雙容水箱液位對象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。
六、思考題
1. 做本實(shí)驗(yàn)時,為什么不能任意改變兩個出水閥開度的大。
2. 為什么正向輸入和反向輸入的K、T,t有所不同?
3. 引起雙容對象滯后的因素主要有哪些?