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双容水箱液位特性测试实验

时间:2024-08-23 09:39:29


一、实验目的
1.熟悉双容水箱的数学模型,掌握双容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法;
2.根据由实验测得的双容液位的阶跃响应曲线,确定其特征参数K及传递函数;
二、实验设备
1.IPA 1 COMPACT STATION—DDC控制模块
2.计算机及MCGS组态软件—DDC控制实验_ModBusRTU.MCG
3.实验专用线若干及RS485转232通讯线一根。
三、实验原理
双容水箱示意图如图2.1.9所示。
具有自衡能力的单容水箱示意图
2.1.9 具有自衡能力的单容水箱示意图
 
根据物料平衡方程,可得出双容液位过程的传递函数为
                                       (2.7)
考虑到对象的滞后时间,则单容液位过程的传递函数可用式(2.8)表示
                                     (2.8)
增益K的计算方法与一阶系统的求法相同,即:
                           (2.9)
再根据阶跃响应曲线脱离起始的毫无反应的阶段,开始出现变化的时候,就可以确定参数
剩下的问题就是用式(2.10)来拟合已去掉纯延迟部分并已化为无量纲形式的阶跃响应
                                       (2.10)
式(2.10)对应的阶跃响应为:
                                 (2.11)
根据上式,就可以利用阶跃响应上两个点的数据确定参数。例如,可以取分别等于0.4和0.8,从曲线上定出。如图2.1.10所示。
阶跃响应曲线
2.1.10根据阶跃响应曲线上两个点确定
 
 
 
联立方程如下式所示:
                                     (2.12)
上式的近似解为:
                                               (2.13)
                                        (2.14)
对于用式(2.8)表示的二阶对象,应有:
                                                  (2.15)
四、实验内容与步骤
1.了解实验装置中的对象,流程图如图2.1.11所示。

 2.1.11上下水箱双容特性测试实验流程图
2.接好实验导线。
在传感器信号输出区域,将下水箱液位信号LT2用实验线连接到DDC控制模块的AI0信号输入端,正负一一对应。
将DDC控制模块输出信号AO0连接到执行器控制信号输入区的电动调节阀控制信号端口,正负一一对应。
3.使用485转232通讯线将控制台侧边DDC通讯口 “COM1” 与上位机连接。
4.将手动阀门1V1、V3、V4打开,将1V2关闭。
5.先打开控制台左侧的总电源开关,按“Start”按钮启动设备,再打开DDC电源开关。
6.在控制板上打开水泵、电动电动调节阀电源开关。
7.打开计算机上的 MCGS运行环境,选择“系统管理”下拉菜单中的“用户登录”。如图2.1.12所示。
MCGS工作界面
图2.1.12MCGS工作界面
8.出现的窗口如图2.1.13所示。

图2.1.13用户登录”界面
9.点击“确认”,用户登录完毕。选择“特性实验”下拉菜单中的“上下水箱双容特性实验”。如图2.1.14所示。
特性实验
图2.1.14“特性实验”下拉菜单
10.出现如图2.1.15所示的“上下水箱双容特性实验”界面。
上下水箱双容特性实验
图2.1.15 “上下水箱双容特性实验”界面
11.点击“参数设置”,出现的界面如图2.1.16所示。

图2.1.16 “参数设置”界面
12.将AI0设置为0 – 30。点击退出,参数设置完毕。
13.设置阀门开度值,使下水箱液位处于某一平衡位置,记下此时的阀门开度值和电流值。
14.增大阀门开度值,使系统输入幅值适宜的阶跃信号(阶跃信号不要太大,估计上水箱水不要溢出),这时系统输出也有一个变化的信号,使系统在较高液位也能达到平衡状态。记下此时的电流值。
15.对实验的记录曲线分别进行分析和处理,处理结果记录表中
阶跃响应曲线数据处理记录表

       
测量情况
参数值
 
  K1   T1   τ1
   1      
 2      
   平均值      
 
按常规内容编写实验报告,并根据K、T、τ平均值写出广义的传递函数。
五、实验报告要求                                  
1.画出双容水箱液位特性测试实验的结构框图。
2. 根据实验得到的数据及曲线,分析并计算出双容水箱液位对象的参数及传递函数。
六、思考题
1. 做本实验时,为什么不能任意改变两个出水阀开度的大小?
2. 为什么正向输入和反向输入的K、T,t有所不同?
3. 引起双容对象滞后的因素主要有哪些?