过程控制1实验一对象特性的测定.ppt

8-8-1 1一、实验目的一、实验目的1. 1. 了解为何要测取对象动态特性了解为何要测取对象动态特性2 2．掌握对象动态特性的实验测试方法．掌握对象动态特性的实验测试方法3 3．通过阶跃干扰实验法加深理解测取对象动态特性的工程实用意义．通过阶跃干扰实验法加深理解测取对象动态特性的工程实用意义 二、实验接线二、实验接线实验一实验一 对象特性的测定对象特性的测定 8-8-2 2恒流器 Ⅰ液位Ⅰ液位Ⅱ液位Ⅲ恒流器 Ⅱ伺服放 大器Ⅱ流量计 Ⅱ记录仪调节器Ⅰ调节器Ⅱ加法器Ⅰ Ⅱ流量计 Ⅰ伺服放 大器Ⅰ切换开关水槽mAmA水泵电动阀流量计流量显示手动阀642351 水龙头LT3LT2LT18-8-3 3设置U2液位Ⅰ液位Ⅱ液位Ⅲ设置U2变频器 S500流量计Ⅱ记录仪计算机计算机 加法器Ⅰ Ⅱ流量计ⅠIO模块 (A/D) I-7017切换开关水槽mAmA水泵电动阀流量计流量显示手动阀642351 水龙头LT3LT2LT18-8-4 4h h1 1三、三、原理框图原理框图 5 510102.52.57.57.5246810t (t (分分) )I (I (mAmA) )04812160 0h h(cm)(cm)t (t (分分) )5 510102.52.57.57.5干扰干扰h h3 3h h1 1h h2 2h h3 3HH 水槽水槽1 1HH 水槽水槽2 2HH 水槽水槽3 3h h2 28-8-5 5（三）实验步骤及实验数据记录（三）实验步骤及实验数据记录2 2．将图中水龙头．将图中水龙头1 1、、2 2打开（竖），打开（竖），3 3、、4 4、、5 5、、6 6关闭（横）。

关闭（横）3 3．开关．开关K K搬到搬到ⅡⅡ端，调恒流器端，调恒流器ⅡⅡ的输出为的输出为8mA8mAK K搬到搬到ⅠⅠ端，端，调恒流器调恒流器ⅠⅠ的输出为的输出为3mA3mA5. 5. 启动两台水泵记录下表第启动两台水泵记录下表第2 2、、3 3列空着的数据列空着的数据4. 4. 调节器调节器ⅠⅠ面板上的手、自动开关搬到手动档，调手动拨盘，面板上的手、自动开关搬到手动档，调手动拨盘，使其输出表头指在使其输出表头指在8mA8mA（（80%80%））1 1．按上图粗线框内接线接好实验接线．按上图粗线框内接线接好实验接线液位初始 稳定条件调节通道干扰通道水槽液位稳态值调节器 输出值(mA)调节通道 流量(mA)恒流器 输出值(mA)干扰通道 流量(mA)H1(mA) H2(mA) H3(mA)初稳定值新稳定值干扰量1水槽2 2水槽水槽3 3水槽水槽PIDPID控制器控制器3 3、鼠标单击实验界面中的、鼠标单击实验界面中的“ “设置设置U U2 2” ” 按钮，调按钮，调U U2 2= 25% = 25%4 4、鼠标单击、鼠标单击 “ “调节阀调节阀” ”，调调节阀的开度值，调调节阀的开度值U1=50%U1=50%8-8-6 63030％％8080％％ 干扰干扰5 510102.52.57.57.5246810t (t (分分) )I (I (mAmA) )04812160 0h h2 2(cm(cm) )t (t (分分) )5 510102.52.57.57.5h h3 3HH 水槽水槽1 1HH 水槽水槽2 2HH 水槽水槽3 3h h2 2△Ih h1 16. 6. 观察记录仪水槽观察记录仪水槽1 1、、3 3的液位曲线，从的液位曲线，从0 0逐渐上升到记录笔画直线。

这时再记下上表水槽逐渐上升到记录笔画直线这时再记下上表水槽液位初始稳态值液位初始稳态值7. 7. 记录仪画直线后（表明水槽液位稳定了），记录仪画直线后（表明水槽液位稳定了），鼠标单击鼠标单击 “ “设置设置U2” U2” 按钮，调按钮，调U2 = U2 = （（35%35%）），同时用手表计时，每隔，同时用手表计时，每隔1010秒记录一次水槽秒记录一次水槽2 2的液位（的液位（mAmA值）填入下表二值）填入下表二3mA3mA8mA8mA恒流器恒流器ⅠⅠ恒流器恒流器ⅡⅡ干扰干扰K K8-8-7 7仪表控制室仪表控制室在工厂里，就在实际运行着的控制系统中测定对象特性曲线在工厂里，就在实际运行着的控制系统中测定对象特性曲线8-8-8 8火力发电厂控制室在工厂里，就在实际运行着的控制系统中测定对象特性曲线在工厂里，就在实际运行着的控制系统中测定对象特性曲线8-8-9 9四、四、实验数据处理实验数据处理 1 1．什么是阶跃信号？用图说明本实验中加入水槽中的阶跃信号（标明参数）．什么是阶跃信号？用图说明本实验中加入水槽中的阶跃信号（标明参数）答答（（1 1））阶跃信号就是：在某一时刻阶跃信号就是：在某一时刻t t0 0 电流或电压从一个值电流或电压从一个值I I1 1 ( (或或U U1 1) )突然变化突然变化 到另一个值到另一个值I I2 2 ( (或或U U2 2) ) ，并一直保持，并一直保持I I2 2 ( (或或U U2 2) )这个值不变的信号。

如下图所示这个值不变的信号如下图所示2 2）本实验中加入水槽的阶跃信号是：）本实验中加入水槽的阶跃信号是：t0t (t (分分) )I (I (mAmA) )0或或U U( (v v) )I1 ( (或或U U1 1) )I2 ( (或或U U2 2) )t0t (t (分分) )I (I (mAmA) )038t0388-8-10102. 2. 根据表二实验数据用坐标纸画出双容水箱（二阶惯性环节）的飞升曲线根据表二实验数据用坐标纸画出双容水箱（二阶惯性环节）的飞升曲线5 510102.52.57.57.5246810t (t (分分) )I (I (mAmA) )04812160 0h h2 2(cm(cm) )t (t (分分) )5 510102.52.57.57.5时间时间 t（s）0102030405060708090 100 110 120 130 140 液位液位H H2 2 (cm)(cm)2.5 2.5 2.5 时间时间 t（s）150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 液位液位H H2 2 (cm)(cm) 时间时间 t（s）300 310 320 330 340 350 370 380 390 400 410 420 430 440 450 液位液位H H2 2 (cm)(cm)1212121212121212121212 答：答：8-8-11114 4、、根据实验原理所述方法和实验得到的响应曲线，求出双容水箱根据实验原理所述方法和实验得到的响应曲线，求出双容水箱的放大倍数的放大倍数KK、时间常数、时间常数T1 T1 、、T2T2、滞后时间、滞后时间τ τ、传递函数、传递函数G(s)G(s)。

解：根据右图用作图法可得解：根据右图用作图法可得4812160 0h h2 2(cm(cm) )t (t (分分) )5 510102.52.57.57.5h2(0)h2(∞)T Tτ τ5 510102.52.57.57.5246810t (t (分分) )I (I (mAmA) )0△I8-8-12125 5、、根据根据第第3 3题求出的对象特性参数题求出的对象特性参数KK、、T T、、τ τ、写出对象传递函数、写出对象传递函数G(s)G(s)解：解：对象传递函数对象传递函数G(sG(s) )为为8-8-13135 5、什么是被控对象特性？什么是被控对象的数学模型？研究被控、什么是被控对象特性？什么是被控对象的数学模型？研究被控对象特性有何重要意义？对象特性有何重要意义？①① 是指被控对象输入与输出之间的关系即当被控对象的输入是指被控对象输入与输出之间的关系即当被控对象的输入量发生变化时，对象的输出量是如何变化、变化的快慢程度以及最终量发生变化时，对象的输出量是如何变化、变化的快慢程度以及最终 变化的数值等变化的数值等 ②② 定量地表达对象输入输出关系的数学表达式，称为该对象的定量地表达对象输入输出关系的数学表达式，称为该对象的数学模型。

数学模型 ③③ 生产中，存在着各种各样特性不同的被控对象有的对象容生产中，存在着各种各样特性不同的被控对象有的对象容易操作，有的则难以操作，生产工艺变量容易大幅度波动，越出工易操作，有的则难以操作，生产工艺变量容易大幅度波动，越出工艺允许的范围，轻则影响生产，重则造成事故只有充分了解、熟艺允许的范围，轻则影响生产，重则造成事故只有充分了解、熟悉对象特性，掌握其内在规律，才能选择合适的被控变量、操纵变悉对象特性，掌握其内在规律，才能选择合适的被控变量、操纵变 量、测量元件、控制器，选择合适的控制器量、测量元件、控制器，选择合适的控制器PIDPID参数，设计出合乎工参数，设计出合乎工艺要求的控制系统艺要求的控制系统答：答：8-8-14141. 1. 动态特性测定实验为什么每次都要从稳态开始做？动态特性测定实验为什么每次都要从稳态开始做？答：因为测取对象动态特性，一般都要加入定值扰动或阶跃答：因为测取对象动态特性，一般都要加入定值扰动或阶跃扰动信号如果不稳定，加入的信号会被淹没掉，测取的动扰动信号如果不稳定，加入的信号会被淹没掉，测取的动态特性曲线就不准确因此，为了由测取的动态特性曲线求态特性曲线就不准确。

因此，为了由测取的动态特性曲线求得比较真实准确的对象特性参数得比较真实准确的对象特性参数KK、、T T，，τ τ，，必须每次都要从必须每次都要从稳态开始做稳态开始做2. 2. 结合本实验对象，分析影响结合本实验对象，分析影响K K和和T T的因素有哪些？的因素有哪些？答：答： ∵∵ K=KK=Kμ μR Rs s ，， T=FRT=FRs s∴∴ 影响影响 KK、、T T的因素有：的因素有：①①流入侧调节阀的流量系数流入侧调节阀的流量系数KKμ μ，，②②流出侧阀的阻力系数流出侧阀的阻力系数RsRs，，③③水槽的截面积水槽的截面积F Fh hRsRsF FKKμ μ五、回答思考题五、回答思考题8-8-1515U1 =50% Q1=4.2~4.3(L/M) U2 =25% Q2=2.1~2.3(L/M)U2 =35% Q2=3.5~3.7(L/M)8-8-1616t (分)t (分)Q2 (L/M)h2 (cm)2.4 4.8 7.2 9.6 12 14.4 16.8 16.8 19.22.4 4.8 7.2 9.6 12 14.4 16.8 16.8 19.21.53.04.56.07.59.010.512.013.53.6(35%)(25%)2.1U1 =50% Q1=4.2~4.3(L/M) U2 =25% Q2=2.1~2.3(L/M)U2 =35% Q2=3.5~3.7(L/M)Kc =1 Ti=60(s) Td=0(s)8-8-1717t (分)t (分)Q2 (L/M)h2 (cm)2.4 4.8 7.2 9.6 12 14.4 16.8 16.8 19.22.4 4.8 7.2 9.6 12 14.4 16.8 16.8 19.21.53.04.56.07.59.010. 512. 013. 53.6(35%) (25%)2.1t (分)t (分)Q2 (L/M)h2 (cm)2.4 4.8 7.2 9.6 12 14.4 16.8 16.8 19.219.22.4 4.8 。