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雙容水箱液位特性測試實驗

時間：2024-08-23 09:39:29

一、實驗?zāi)康?br style="padding: 0px; margin: 0px;" /> 1．熟悉雙容水箱的數(shù)學模型，掌握雙容水箱特性的階躍響應(yīng)曲線測試方法；
2．根據(jù)由實驗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、實驗設(shè)備
1．IPA 1 COMPACT STATION—DDC控制模塊
2．計算機及MCGS組態(tài)軟件—DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG
3．實驗專用線若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線一根。
三、實驗原理
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、實驗內(nèi)容與步驟
1．了解實驗裝置中的對象，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驗流程圖
2．接好實驗導(dǎo)線。
在傳感器信號輸出區(qū)域，將下水箱液位信號LT2用實驗線連接到DDC控制模塊的AI0信號輸入端，正負一一對應(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．打開計算機上的 MCGS運行環(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．點擊“確認”，用戶登錄完畢。選擇“特性實驗”下拉菜單中的“上下水箱雙容特性實驗”。如圖2.1.14所示。

圖2.1.14“特性實驗”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驗”界面。

圖2.1.15 “上下水箱雙容特性實驗”界面
11．點擊“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)在較高液位也能達到平衡狀態(tài)。記下此時的電流值。
15．對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理，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
測量情況參數(shù)值	K1	T1	τ1
1
2
平均值

按常規(guī)內(nèi)容編寫實驗報告，并根據(jù)K、T、τ平均值寫出廣義的傳遞函數(shù)。
五、實驗報告要求
1．畫出雙容水箱液位特性測試實驗的結(jié)構(gòu)框圖。
2．根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計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．做本實驗時，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？

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雙容水箱液位特性測試實驗