下载文档原格式
实验内容一：单容自衡水箱液位特性测试实验实验学时：2学时实验类型：（验证、综合、设计）实验要求：（必修、选修） 一、实验目的1．掌握单容水箱的阶跃响应测试方法，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，用相应的方法确定被测对象的特征参数K 、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. 计算机及相关软件3. 万用电表一只三、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Q 1，改变电动调节阀V 1的开度可以改变Q 1的大小，下水箱的流出量为Q 2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q 2。
液位h 的变化反映了Q 1与Q 2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。
若将Q 1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Q 1之间的数学表达式。
根据动态物料平衡关系有Q 1-Q 2=Adtdh(1-1) 将式(2-1)表示为增量形式 ΔQ 1-ΔQ 2=Adthd (1-2) 式中：ΔQ 1，ΔQ 2，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，Q 1=Q 2，dtdh＝0；当Q 1发生变化时，液位h 随之变化，水箱出 口处的静压也随之变化，Q 2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Q 2与h 成正比关系，而与阀F1-11的阻力R 成反比，即1-1 单容自衡水箱特性测试系统 （a ）结构图 （b ）方框图ΔQ 2=R h∆ 或 R=2Q ∆∆h (1-3)式中：R ——阀F1-11的阻力，称为液阻。
将式(1-2)、式(1-3)经拉氏变换并消去中间变量Q 2，即可得到单容水箱的数学模型为 W 0（s ）＝)()(1s Q s H ＝1RCs R +=1s +T K (1-4) 式中T 为水箱的时间常数，T ＝RC ；K 为放大系数，K ＝R ；C 为水箱的容量系数。
过程装备与控制工程与计算思维的具体事例1.概述过程装备与控制工程是一门涉及控制和优化生产过程的学科，它在现代工业生产中扮演着重要角色。
而计算思维则是一种解决问题的思维方式，通过对数据进行整理、分析、以及建立数学模型，可以优化生产过程、提高效率。
本文将以具体事例的方式，探讨过程装备与控制工程与计算思维的关联，并分析其在工程领域的应用。
2.汽车生产线的优化在汽车制造工业中，生产线的优化是一个重要课题。
通过对生产过程中的数据进行收集和分析，工程师们可以利用计算思维构建数学模型，找到最佳的生产方案。
在车身焊接环节，通过对焊接过程中的温度、湿度、焊接速度等数据进行分析，可以优化焊接参数，减少能源消耗，提高焊接质量，从而降低生产成本，提高生产效率。
3.化工生产中的控制系统在化工生产中，控制系统的设计和优化对生产过程的稳定性和效率至关重要。
利用计算思维，工程师们可以通过建立数学模型，分析控制系统中各个参数之间的关系，从而优化控制策略。
在化工装置的温度控制中，通过对温度传感器采集的数据进行分析，可以优化控制系统的PID参数，使得温度波动幅度更小，增加生产过程的稳定性。
4.电力系统的负荷预测在电力系统中，负荷预测是一个重要的问题。
利用计算思维，工程师们可以通过建立负荷预测模型，分析历史负荷数据和影响因素，从而预测未来的负荷情况。
通过负荷预测，可以根据预期负荷调整电力系统的运行模式，合理分配资源，减少能源浪费，提高电力系统的运行效率。
5.工艺流程的优化在制造业中，工艺流程的优化对产品质量和生产效率有着重要影响。
利用计算思维，工程师们可以通过对工艺流程中的数据进行分析，建立数学模型，找到最佳的工艺参数。
比如在注塑成型工艺中，通过对注塑压力、温度、速度等参数数据进行分析，可以优化注塑工艺参数，提高产品的成型质量，减少废品率，提高生产效率。
6.结论通过以上具体事例的探讨，我们可以看到过程装备与控制工程与计算思维的关联十分紧密。
实验一、上水箱液位PID整定实验一、实验目的1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
3）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备1）、AE2000A型过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。
2）、万用表一只三、实验原理图4-1、实验原理图图4-1为单回路上水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。
比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。
比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。
在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图4-2中的曲线①、②、③所示。
图4-2、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线一、实验内容和步骤1、设备的连接和检查：（1）、将AE2000A 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
3、简述弹簧管压力计弹簧管结构特点与测压原理？ 弹簧压力计的测压原理是利用弹簧管在被测压力作用下产生变形，使自由端产生位移，经放大机构使指针偏转，从而指示出相应的压力值。
弹簧压力计主要是由弹簧管、放大机构、指针、面板及压力接头组成。
4、试比较节流装置与转子流量计在工作原理与使用特点上的异同点？5、压差式液位计如何测量液位？当压差变送器高于或低于最低液位时，应如何处理？ 使用已系列化，测量时若介质变化，应修正，可测小流量，结构简单，维修方便，压力损失小。
缺点：机械传逆信号，仪表性能和准确度难以提高，转子易卡死，测量管径范围4~150mm,测量范围：0.001~3000m3/h, 精度±1~2.5%7、对于一台现有的气动薄膜式执行器，可以通过那些方法来改变它的气开，气关形式？ 答：一般可以通过下列三种方法来较方便的改变气动薄膜式执行器的气开，气关形式。
如图所示是直通双座控制阀与执行机构的正反作用和控制阀的正装，反装组合而定的。
其中图（a ）（b ）都是气关阀，因为随着气压信号的增加，这两种情况下，阀芯与阀座之间的流通面积都是减小的，故是气关型控制阀。
（b ）（c ）都是气开阀，因为随着气压信号的增加，阀芯与阀座之间的流通面积都是增加的。
改变阀芯的正装，反装方式，可以改变控制阀的气开，气关形式。
例如图（a ）的阀芯是正装的，为气关阀，如果将阀芯反装，便成了图（d ），c 为气开阀，d 为气关阀。
在条件允许时，通过改变执行机构的正反作用也可以改变控制阀的气开，气关形式。
当气体压力从膜片上方引进时，为正作用执行机构，如果将气体压力改为从膜片下方引进时，就可以将执行机构由正作用改为反作用。
相应就可以改变控制阀的气开，气关形式。
另外，通过改变阀门定位器中的凸轮安装方式，可以改变引入膜头的气压信号的变化方向与控制器来的气压信号的变化方向之间的关系。
例如控制器来的信号增加时，凸轮正装，膜头上的气压信号如果是增加的，若将凸轮反装，膜头上的气压信号就会减小。
