过程控制系统与工程

实验指导书

沈阳工业大学工程学院

目 录

实验一 单容自衡水箱液位特性测试实验 ................................................................................... 3 实验二 单容液位定值控制系统实验 ........................................................................................... 6 实验三 双容水箱液位定值控制系统实验 ................................................................................... 8 实验四 水箱液位串级控制系统实验 ......................................................................................... 10 实验五 下水箱液位前馈-反馈控制系统实验 ........................................................................... 12

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实验一 单容自衡水箱液位特性测试实验

一、实验目的

1.掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2.根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。

二、实验设备

1.THJ-2型高级过程控制系统实验装置

2.计算机、MCGS工控组态软件、RS232/485转换器1只、串口线1根 3.万用表一只

三、实验原理

所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。图1-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。阀门F1-1、F1-2和F1-8全开，设下水箱流入量为Q1，改变电动调节阀V1的开度可以改变Q1的大小，下水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q2。液位h的变化反映了Q1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。若将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式。

根据动态物料平衡关系有

Q1-Q2=A

dh (1-1) dtd?h (1-2) dt将式(1-1)表示为增量形式

ΔQ1-ΔQ2=A

式中：ΔQ1，ΔQ2，Δh——分别为偏离某 一平衡状态的增量； A——水箱截面积。

在平衡时，Q1=Q2，

dh＝0；当Q1发生变 dt化时，液位h随之变化，水箱出口处的静压也随 之变化，Q2也发生变化。由流体力学可知，流体 在紊流情况下，液位h与流量之间为非线性关系 。但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认 为Q2与h成正比关系，而与阀F1-11的阻力 R成反比，即

ΔQ2=

?h?h 或 R= (1-3) R?Q2式中：R—阀F1-11的阻力，称为液阻。 图1-1 单容自衡水箱特性测试系统

（a）结构图 （b）方框图

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