过程控制系统及装置实验指导书目 髪录被控对象数学模型实验概述。一、传递函数的求取，二、实验中应注意的问题L实验一单容液位对象数学模型实验测取2一、实验目的：2二、实验设备及参考资料：2三、实验步骤：3实验二双容液位对象数学模型实验测取，4、实验目的，4二、实验设备及参考资料，三、实验步骤：6液位控制系统参数整定实验概述实验三：单容液位控制系统参数整定实验9、实验目的：9二、实验设备及参考资料：三、实验系统流程图：9四、实验原理：.9五、实验步骤：11实验四：双容液位控制系统参数整定实验、实验目的：.11二、实验设备：11三、实验系统流程图：11四、实验原理：1112五、实验步骤：六、实验建议：13七、思考建议：13
过程控制系统及装置实验指导书 目 录 被控对象数学模型实验概述. 1 一、传递函数的求取 .1 二、实验中应注意的问题 .2 实验一 单容液位对象数学模型实验测取. 2 一、实验目的： .2 二、实验设备及参考资料： .2 三、实验步骤： .3 实验二 双容液位对象数学模型实验测取. 4 一、实验目的 .4 二、实验设备及参考资料 .4 三、实验步骤： .4 液位控制系统参数整定实验概述. 6 实验三：单容液位控制系统参数整定实验 . 9 一、实验目的： .9 二、实验设备及参考资料： .9 三、实验系统流程图： .9 四、实验原理： .9 五、实验步骤： .9 实验四：双容液位控制系统参数整定实验 . 11 一、实验目的： .11 二、实验设备： .11 三、实验系统流程图： .11 四、 实验原理： .11 五、实验步骤： .12 六、实验建议： .13 七、思考建议： .13
被控对象数学模型实验概述被控对象数学模型是指对象在输入的作用下，其输出变量（即被控变量）随时间变化的特性。对象数学模型实验的目的：通过实验掌握对象特性曲线的测量方法。测量时应注意的问题：对象模型参数的求取。液位装置中的液位对象是自衡对象，单个水槽是一阶对象，上水槽与下水槽可以组成二阶对象。对象参数的实验测取：一、传递函数的求取1、一阶对象W(s) = K。 /(Tos+1)K。=[y(c0) - y(0)]/ x0在0.632倍的稳态值处求取时间常数To2、一阶加纯滞后的对象对于有纯滞后的一阶对象，如图2所示，当阶跃响应曲线在=0时，斜率为O；随着t的增加，其斜率逐渐增大当到达拐点后斜率又慢慢减小，可见该曲线的形状为S形，可用一阶惯性加时延环节来近似。确定Ko、To和T的方法如下:X+Yy(00)xo0tX图1图2KW(S)T,s +1K0 =[v(c0) - y(0)]/ x0在阶跃响应的拐点（即斜率的最大处）作一切线并与时间坐标轴交于C点
被控对象数学模型实验概述 被控对象数学模型是指对象在输入的作用下，其输出变量（即被控变量）随 时间变化的特性。 对象数学模型实验的目的：通过实验掌握对象特性曲线的测量方法。 测量时应注意的问题：对象模型参数的求取。液位装置中的液位对象是自衡对象， 单个水槽是一阶对象，上水槽与下水槽可以组成二阶对象。 对象参数的实验测取： 一、传递函数的求取 1、一阶对象 0/)]0()([ )1/()( 0 00 xyyK sTKsW 在 0.632 倍的稳态值处求取时间常数 T0 2、一阶加纯滞后的对象 对于有纯滞后的一阶对象，如图 2 所示，当阶跃响应曲线在 t=0 时，斜率为 0；随着 t 的增加，其斜率逐渐增大；当到达拐点后斜率又慢慢减小，可见该曲 线的形状为 S 形，可用一阶惯性加时延环节来近似。确定 K0、T0 和 τ 的方法如 下： 0/)]0()([0 1 )( 0 0 xyyK e sT K SW s 在阶跃响应的拐点（即斜率的最大处）作一切线并与时间坐标轴交于 C 点， - - 1
则OC段的值即为纯滞后时间t，而与CB段的值即为时间常数TO。3、二阶或高阶对象二阶过程的阶跃响应曲线，其传递函数可表示为K。W(S)(T,s + I)(T2s + 1)式中的KO、T1、T2需从阶跃响应曲线上K。= [y(c0)- y(0)]/ x0求出。先在阶跃响应曲线上取（1）y（t）稳态值的渐近线y（o）；（2）y（tl）=0.4y（αo）时曲线上的点yl和相应的时间tl；（3）y（t2）=0.8y（αo）时曲线上的点y2和相应的时间t2；然后，利用如下近似公式计算Ti、T2。~t1+t2(4)T,+T,2.16T,T,≥1.74=1-0.55(5)(T, +T)(T +T2)t2对于二阶过程，0.32<t1/t2<0.46。当t1/t2=0.32时，为一阶环节（此时，时间常数To=（tl+t2）2.12）；当t1/t2=0.46时，过程的传递函数W（s）=Ko/（Tos+1)（Tos+1）（此时，T,=Tz=To=（t1+t2）/2×2.18）：当t1/t2>0.46时，应用高于二阶环节来近似。二、实验中应注意的问题1、测试前系统处于平衡状态，反应曲线的起始点应是输入信号的开始作阶跃信号的瞬间，这一段时间必须在记录纸上标出，以便推算纯滞后时间t。2、测试与记录工作必须持续到输出参数达到新的稳态值。3、每次实验应在相同的条件下进行两次以上。只有在所测试数据相同时方为合格。4、为了进行线性校验，可作正、负两种干扰进行比较，也可作不同扰动量的实验。实验一单容液位对象数学模型实验测取一、实验目的：通过实验测定单容特性阶跃响应曲线，通过数据处理求取一阶环节的传递函数。二、实验设备及参考资料：-.2
则 OC 段的值即为纯滞后时间 τ，而与 CB 段的值即为时间常数 T0。 3、二阶或高阶对象 二阶过程的阶跃响应曲线，其传递函数可表示为 式中的 K0、T1、T2 需从阶跃响应曲线上 求出。 0/)]0()([ )1)(1( )( 0 1 2 0 xyyK sTsT K SW 先在阶跃响应曲线上取 （1） y（t）稳态值的渐近线 y（∞）； （2） y（t1）=0.4 y（∞）时曲线上的点 y1 和相应的时间 t1； （3） y（t2）=0.8 y（∞）时曲线上的点 y2 和相应的时间 t2； 然后，利用如下近似公式计算 T1、T2。 （4） （5） 55.0 2 1 74.1 ))(( 16.2 21 2121 21 21 t t TTTT TT tt TT 对于二阶过程，0.32<t1/t2<0.46。当 t1/t2=0.32 时，为一阶环节（此时，时间 常数 T0=（t1+t2）2.12）；当 t1/t2=0.46 时，过程的传递函数 W（s）=K0/（T0s+1） （T0s+1）（此时，T1=T2=T0=（t1+t2）/2×2.18）；当 t1/t2>0.46 时，应用高于二 阶环节来近似。 二、实验中应注意的问题 1、测试前系统处于平衡状态，反应曲线的起始点应是输入信号的开始作阶 跃信号的瞬间，这一段时间必须在记录纸上标出，以便推算纯滞后时间 τ。 2、测试与记录工作必须持续到输出参数达到新的稳态值。 3、每次实验应在相同的条件下进行两次以上。只有在所测试数据相同时方 为合格。 4、为了进行线性校验，可作正、负两种干扰进行比较，也可作不同扰动量 的实验。 实验一 单容液位对象数学模型实验测取 一、实验目的： 通过实验测定单容特性阶跃响应曲线，通过数据处理求取一阶环节的传递函 数。 二、实验设备及参考资料： - - 2
1、PCS一E型过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、DDC控制单元、下水箱及液位变送器、水泵等）2、实验操作指南。三、实验步骤：1、了解实验装置中的对象，流程图如下图所示。1V1三下水箱电动阀计算DV5机T储水箱1V10增压泵下水箱单容特性测试实验流程图2、按附图下水箱单容特性测试实验接线图接好实验导线和通讯线。DDC控判系统输出通道1-7024输入通道1--7017omtttVim0 VimlVin2SoRS-.485ORS--232RS-4850CLO流量信号电动阀信号液位信号输出输出输入电源开关位控电磁阀调节阀水泵3、将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。4、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开直流电压和DDC控制单元电源。5、在信号板上打开电动调节阀输入信号、下水箱输出信号。6、打开计算机上的组态王的“过程控制实验液位液位”工程，进入运行环境，选择实验一下水箱单容特性测试实验，给“阀门开度op”设置一个初始值（20-40）使初始液位10左右。3
1、PCS—E 型过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、DDC 控制单元、 下水箱及液位变送器、水泵等） 2、实验操作指南。 三、实验步骤： 1、了解实验装置中的对象，流程图如下图所示。 下水箱单容特性测试实验流程图 2、按附图下水箱单容特性测试实验接线图接好实验导线和通讯线。 3、将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。 4、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开直流 电压和 DDC 控制单元电源。 5、在信号板上打开电动调节阀输入信号、下水箱输出信号。 6、打开计算机上的组态王的“过程控制实验液位_液位”工程，进入运行 环境，选择实验一下水箱单容特性测试实验，给“阀门开度 op”设置一个初始 值（20-40）使初始液位 10 左右。 - - 3
7、在控制板上先打开电动调节阀，再打开水泵，即保证水路畅通的条件下，最后开泵，一定要注意先后顺序，避免水泵空抽，否则可能将水泵憨坏。9、等待下水箱液位达到某一平衡位置，记下此时的阀门开度值。10、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，估计下水箱水不要溢出），一般变化5-10%，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。11、记录阶跃响应曲线，直至达到新的平衡为止。12、对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表中，和实验中自动求取的参数进行比较。阶跃响应曲线数据处理记录表时间（S）102030405060液位（cm）按常规内容编写实验报告，求取Ko、To、t。实验二，双容液位对象数学模型实验测取一、实验目的通过实验测定双容特性阶跃响应曲线，通过数据处理写出二阶环节的传递函数。二、实验设备及参考资料1、PCS一E型过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、DDC控制单元、上下水箱及液位变送器、水泵等）2、实验操作指南。三、实验步骤：1、了解实验装置中的对象，流程图如下图所示。4
7、在控制板上先打开电动调节阀，再打开水泵，即保证水路畅通的条件下， 最后开泵，一定要注意先后顺序，避免水泵空抽，否则可能将水泵憋坏。 9、等待下水箱液位达到某一平衡位置，记下此时的阀门开度值。 10、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， 估计下水箱水不要溢出），一般变化 5-10%，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。 11、记录阶跃响应曲线，直至达到新的平衡为止。 12、对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表中，和实验 中自动求取的参数进行比较。 阶跃响应曲线数据处理记录表 时间（S） 10 20 30 40 50 60 . 液位（cm） 按常规内容编写实验报告，求取 K0、T0、τ。 实验二 双容液位对象数学模型实验测取 一、实验目的 通过实验测定双容特性阶跃响应曲线，通过数据处理写出二阶环节的传递函 数。 二、实验设备及参考资料 1、PCS—E 型过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、DDC 控制单元、 上下水箱及液位变送器、水泵等） 2、实验操作指南。 三、实验步骤： 1、了解实验装置中的对象，流程图如下图所示。 - - 4