北京化工大學(xué)實(shí)驗(yàn)二對(duì)象特性測(cè)試羅祖華

1、實(shí)驗(yàn)二對(duì)象特性測(cè)試課程：過程控制班 級(jí)：自實(shí)1301完成人及學(xué)號(hào)：韓雨薇2013014476小組成員及學(xué)號(hào)：荊家瑋2013014470小組成員及學(xué)號(hào)：雒天驕 2013014444完成日期： 2016 年3月23日一實(shí)驗(yàn)要求1. 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)的基本原理、方法和特點(diǎn)，明確適用范圍；2將獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理好，利用 Excel或Matlab等對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理；去掉多余的數(shù)據(jù)（如：實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備部分），針對(duì)不同測(cè)試輸入，畫出對(duì)應(yīng) 的響應(yīng)曲線，反向變化數(shù)據(jù)可進(jìn)行數(shù)據(jù)反向后畫出，每組曲線一圖，可加 畫往返變化的曲線對(duì)比圖，但要對(duì)曲線進(jìn)行注釋；3. 畫圖前應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，必要時(shí)可進(jìn)行濾波，再繪制出實(shí)驗(yàn)曲 線

2、圖，計(jì)算出相應(yīng)的參數(shù)（K、T、t）;4. 從實(shí)驗(yàn)曲線數(shù)據(jù)中，分別計(jì)算一階對(duì)象、二階對(duì)象的模型參數(shù)K、T、t : 對(duì)一階對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，可采用 0.632法；對(duì)于二階時(shí)間對(duì)象，可利用切 線法將二階系統(tǒng)近似為一階+純滯后模型。5. （自控專業(yè)必做）按照二階或 n階慣性環(huán)節(jié)的處理方法，獲得二階對(duì)象參數(shù)T1、T2和t 1:6. 對(duì)不同條件下的對(duì)象特性測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析、討論，給出自己的結(jié)論和 實(shí)驗(yàn)的收獲，根據(jù)不同通道和不同對(duì)象參數(shù)下對(duì)象的特點(diǎn)，預(yù)計(jì)控制的效 果，并給出理由；7. 分析用上述方法測(cè)試獲得的數(shù)學(xué)模型有什么局限性？8. （自控專業(yè)必做）利用Matlab的Simulink功能，組成一階、二階對(duì)象

3、， 放入實(shí)測(cè)得到的K、T、t,觀察其階躍響應(yīng)曲線；在這些參數(shù)基礎(chǔ)上依次 小幅改變這些參數(shù)，觀察其對(duì)象特性曲線的變化規(guī)律，并進(jìn)行總結(jié)；9. （自控專業(yè)必做）分析水箱出口閘板高度對(duì)對(duì)象的哪些參數(shù)有什么影響？實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.實(shí)驗(yàn)的基本原理、方法和特點(diǎn)，適用范圍本實(shí)驗(yàn)使用對(duì)象特性的開環(huán)測(cè)試方法一一階躍曲線法，階躍信號(hào)通常是手動(dòng)作用控制。通過給被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)階躍測(cè)試信號(hào)，讓被控參數(shù)在輸入作用下產(chǎn)生“自由運(yùn)動(dòng)”（注 意：這一運(yùn)動(dòng)僅是在一定約束條件下進(jìn)行的），從而獲得被控對(duì)象在輸入作用下的自身 變化的過程響應(yīng)曲線。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，可得到（一階、二階）模型的結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)。該方法適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，測(cè)試時(shí)間短，數(shù)據(jù)處理

4、簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是精度不高，易受干擾和僅適 用于自衡對(duì)象。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線的獲取及處理中水箱液位階躍響應(yīng)總趨勢(shì)圖（MV: 50畑60% 50% 40% 50%）階躍輸入往返對(duì)比圖:3Q28262422?01fi0100200300400500600700時(shí)間下水箱液位階躍響應(yīng)總趨勢(shì)圖(MV: 50熾60%50%40%50%)階躍輸入往返對(duì)比圖440100200300400500600700時(shí)間注譽(yù)運(yùn)4323028MV.40%0%262016112 111010020030040050060070080000時(shí)何345通過實(shí)驗(yàn)曲線求對(duì)象參數(shù)中水箱中水箱為一階慣性環(huán)節(jié)，傳函模型為：W(s) = Ko/

5、(Tos l)。選取MV:50%f 60%是的響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù)198 76 5 4 3 (EQ)aff2oT0 100 200300400500600700時(shí)間（S）a =（yCJ-y（0） =3 =0.01856LX528To 二150s選取MV:60滄50%勺響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù):K0=3=鷺016T 0 = 159s選取MV:60滄50%勺響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù):TOO2003Qd400500時(shí)間何600Ky(Wdk 0.0213576選取MV:40滄50%勺響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù)Ko(yL) -y(o)z(12.6-0)693-0.0182T 153s總結(jié):響應(yīng)次數(shù)KT10.018561502

6、0.01615930.021314440.0182153均值0.0185151.5仿真結(jié)果:下水箱若將下水箱近似為一階慣性 +純滯后（使用切線法） 方法如下：對(duì)象傳函為：KoTos 1Ko(yL)-y(0)zC點(diǎn)，則0C段的值即為純滯后時(shí)間，在階躍響應(yīng)的拐點(diǎn)（斜率最大處）作一切線并與時(shí)間軸交于 而CB段的值即為時(shí)間常數(shù) T。如下圖所示。選取MV:50% 60%勺響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù)由上響應(yīng)曲線可得：K0=0.022573= 102sT =420 -10 318s選取MV:60% 50%勺響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù)12K00.018654.=66sT =465 - 66 = 399s選取MV:50% 40

7、%勺響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù)堂時(shí)間17 8K00.0328543.=54sT =393 -54 =339s選取MV:40% 50%勺響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù)K。16.1765= 0.021= 72sT =441 一72 =369s總結(jié)：切線法等效一階+純滯后參數(shù)結(jié)果:階躍次數(shù)KTT10.02231810220.0183996630.03283395440.02136972均值0.0234356.2573.5仿真結(jié)果:1.4D45.93755+1StepTrcrefer FffiTirHmparto5 ScopeI 二 i 回冏釦題冋L|E5陽(yáng)怖|曰葦|可T若將下水槽看做二階系統(tǒng)對(duì)象的傳遞函數(shù)為 W(S)=

8、 (T；(s) 1)(T(s) 1)K。求取方式同上；選取MV:50% 60%的響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù)因?yàn)閠1/t2=0.5290.46而下水槽一定是一個(gè)二階系統(tǒng)，故實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有誤，將不參與討論選取MV:60% 50%的響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù)該段數(shù)據(jù)仍不準(zhǔn)確選取MV:50% 40%勺響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù)不準(zhǔn)確選取MV:40% 50%勺響應(yīng)曲線求相應(yīng)參數(shù)= 36st, =222 -36 =186st2 =474 -36 =438st,/t2 =0.4250.36 譏/t2 : 0.46利用下面的公式：Ti T2_ ti * t2-2.16解得：T仁73.38 , T2=215.52K=0.021僅對(duì)第四次參數(shù)進(jìn)行仿真：TrarEFer Fcnl5.二階參數(shù)獲取失敗的原因：實(shí)驗(yàn)環(huán)境下干擾嚴(yán)重，控制效果差，致使下水槽近似高階。6因?yàn)橄到y(tǒng)使用了儀表，因此數(shù)學(xué)模型與儀表精度有關(guān)，同時(shí)與出水閥開度大小有關(guān)。此外，數(shù)學(xué) 模型的精度和放大系數(shù) k、時(shí)間常數(shù)T以及純滯后時(shí)間都有關(guān)系。7.總結(jié)：通過將仿真曲線與實(shí)際曲線比較，有數(shù)學(xué)模型計(jì)算出