水槽实验报告.doc

控制系统设计与仿真
课程设计报告

学院电气与自动化工程学院
班级 08级自动化3班
姓名李蔚琛
学号 3008203270
设计一被控对象的实验建模
一、实验要求
了解水槽控制系统的结构及组成;
掌握响应曲线法建立数学模型;
熟悉Honeywell数字调节器的用法及调试;
对整个水槽控制系统有一个整体了解;
单回路控制系统的最佳参数的计算方法。
二、设计步骤
设计控制系统接线图;并联好线。
给仪器上电,并且打开水泵,同时缓慢打开管道上的阀门。
把调节器调至手动状态,调节输出使其固定在一个定值。
当液位稳定后,打开记录仪开始记录,然后突然改变调节器的输出,使调节阀的开度突然增加或减少。
用记录仪记录下液位的变化情况,直到液位稳定。
用响应曲线法计算出一阶水槽的数学模型;
根据表1-1计算出单回路控制系统的最优参数。
三、用响应曲线法进行数学建模方法简介
响应曲线法主要用于测取阶跃响应曲线和矩形脉冲响应曲线。其中,阶跃响应曲线法应用比较广泛,下面介绍阶跃响应曲线法的具体做法。
在系统开环并处于稳定的情况下,瞬时改变控制器的手动输出,使其输出产生阶跃变化Δp,并同时记录下被控变量y随时间变化的曲线。如果广义对象是二阶以上的其响应曲线应如图1所示:
u
t

y
τ T0
D
t
A
C
B
y(∞)
y(0)
图1-1响应曲线
从响应曲线的拐点A作一切线,分别交时间轴于B点以及最终稳态值水平线于C点,在过C点引垂线交时间轴于D。这样,广义对象的特性就可以用一个具有纯滞后时间τ、时间常数T0 的一阶惯性环节来近似。τ为干扰起始点至B点的距离,T0 为BD之间的距离。τ和T0 的单位都是分或秒。这里还需要计算一个无量纲化的放大系数K0 :

(1-1)
因此,通过由图直接读出τ、T0、,,再由公式(1-1)求出K0 ,最后得出传递函数:
G (S) = [ K0 / (T0S+1) ] e -τs (1-2)
阶跃响应曲线能较直观的、完全描述被控过程的动态特性。实验测试方法易于实现,只要使阀门的开度作一个阶跃变化即可。
实验时必须注意:
1、合理选择阶跃扰动量,通常使调节器输出增加10%或减少10%。
2、实验应在相同条件下重复做几次,需获得两次以上的比较接近的响应曲线,减小干扰的影响。
3、实验应在阶跃信号作正、反方向变化时分别测出其响应曲线,以检验被控过程的非线性程度。
4、在实验前,即在输入阶跃信号前,被控过程必须处于稳定的工作状态。在一次实验完成后,必须使被控过程稳定一段时间后,再施加测试信号作第二次实验。
5、记录仪参数设置:首先调整好记录仪零点;设置量程为:5v;设置走纸速度:12mm/min
四、数据分析与处理
共测量6组,由20%至25%施加5%的阶跃,其中正向阶跃、反向阶跃各3次
由响应曲线法得到6组数据,如下
次数
数据
1
2
3
4
5
6
T/s
57
60
60
60
65
65
τ/s
9
7
9
9
10
9
K






综合数据,取T=60s,τ=9s,K=
设计二一阶单回路控制系统参数