单容水箱液位数学模型的测定实验

单容水箱液位数学模型的测定实验

一、实验目的

1、熟练掌握液位测量方法。 2、熟练掌握调节阀流量调节特性。 3、获得单容水箱液位数学模型。 二、实验设备

A3000-FS/FBS常规现场系统，任意控制系统。 三、实验原理与介绍

1、实验结构介绍

水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过闸板开度来改变。被调量为水位H。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。

直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。(可以通过智能调节仪手动给定，或者AO模块直接输出电流。)

调整水箱出口到一定的开度。

突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。

FV101 给定值

Qi Qo h LT 103 图4-1单容水箱液位数学模型的测定实验

通过物料平衡推导出的公式：

QO?kH,Qi?k?? 那么

dH1?(k???kH)， dtF其中，F是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成RCdH?H?k?R?。 dt公式等价于一个RC电路的响应函数，C=F就是水容，R?2H0k就是水阻。

如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S函数表示：

G(S)?KR0。

S(TS?1)相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》，金以慧编著。

2、控制系统接线表

测量或控制测量或控制量标使用PLC端口 使用ADAM端口 量 号 下水箱液位 LT103 AI0 AI0 调节阀

3参考结果

单容水箱水位阶跃响应曲线，如图4-2所示：

FV101 AO0 AO0

图4-2 单容水箱液位飞升特性

此时液位测量高度184.5 mm，实际高度184.5 mm -3.5 mm =181 mm。实际开口面积5.5x49.5=272.25 mm2。此时负载阀开度系数：

k?Q/Hmax?6.68x10?4m2.5/s。 水槽横截面积：0.206m2。

那么得到非线性微分方程为(标准量纲):：

dH/dt?(0.000284?0.000668H)/0.206?0.00138?0.00324H

进行线性简化，可以认为它是一阶惯性环节加纯延迟的系统

G(s)?Ke??s/(Ts?1)。 四、实验要求

1、要求使用不同的给定值获得不同的曲线。 2、给出数学模型。 五、实验内容与步骤

1、在现场系统A3000-FS上，将手动调节阀JV201、JV206完全打开，使下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。

2、在控制系统A3000-CS上，将下水箱液位(LT103)连到内给定调节仪输入端，调节仪输出端连到电动调节阀(FV101)控制信号端。

3、打开A3000-CS电源，调节阀通电。打开A3000-FS电源。 4、在A3000-FS上，启动右边水泵(P102)，给下水箱注水。

5、调节内给定调节仪设定值，从而改变输出到调节阀(FV101)的电流，然后调节JV303开度，使得在低水位时达到平衡。

6、改变设定值，记录水位随时间的曲线。

7、实验结束后，关闭阀门，关闭水泵。关闭全部电源设备，拆下实验连接线。

六、思考问题

依据QO?kH,Qi?k??。分析如何测量系统的流出系数。 分析，如果提供一个下水箱出口流量计，你能增加怎样的实验。

七、实验结果提交

1、通过抓图方法，提交获得的曲线。 2、根据曲线，计算数学模型。