调节对象特性实验_10127
特性试验安全操作规程
特性试验安全操作规程一、总则特性试验是对某一产品或系统的特性进行测试和验证，确保其达到预期的性能和安全标准。
为保障试验人员的安全和测试过程的顺利进行，制定以下特性试验安全操作规程。
二、试验前准备1. 在进行特性试验前，试验人员必须穿戴符合安全要求的个人防护装备，包括防护眼镜、安全帽、手套等。
2. 确保试验设备和仪器的全部功能正常，并按照规定进行校准和检查。
3. 在试验现场设置明显的安全警示标志，确保人员能够清晰地看到并遵守安全操作规程。
4. 确保试验场所的通风良好，排除可能产生的有害气体和烟尘。
三、试验操作1. 在试验操作过程中，严禁单人独立操作，必须有两人以上进行监控和协助。
2. 在试验操作前，试验人员必须参加相关的安全培训，了解试验过程和安全警示事项。
3. 试验前需明确试验的具体目的和要求，按照试验方案进行操作，严禁随意更改试验条件。
4. 在试验过程中，试验人员必须遵守操作规程和标准操作程序，严禁违反试验要求进行操作。
5. 对于可能引发危险的试验操作，应事先进行风险评估，并采取相应的防护措施。
6. 当试验过程中出现异常情况或危险情况时，应立即停止试验，并采取相应的安全措施。
7. 在试验操作结束后，应及时清理试验现场，确保试验设备和仪器的安全和完好。
四、事故处理1. 如果发生试验事故，试验人员必须立即向负责人报告，并按照紧急处理流程进行操作。
2. 在事故处理过程中，试验人员必须保证自身的安全，并积极参与事故处理工作。
3. 在事故处理过程中，必要时可以请求相关专业人员的支援和协助，确保事故处理的及时有效。
五、个人防护和紧急救援1. 在试验过程中，试验人员必须佩戴符合安全标准的个人防护装备，并妥善使用。
2. 在试验过程中，如发生紧急情况，试验人员必须按照紧急救援程序进行操作，并立即向负责人汇报。
3. 在试验现场设置明显的急救箱和灭火器等器材，以备紧急情况的处理。
六、总结特性试验的安全操作是保障试验人员和设备安全的重要环节，试验人员必须严格遵守相关的操作规程和安全要求。
第二章过程特性及其数学模型
从微分方程的解析解来看
h() Ka(1 e T ) Ka
h(T ) Ka(1 e1) 0.632h()
K――放大系数，在阶跃输入作用下，对象输出达到新的稳定 值时，输出变化量与输入变化量之比，也称静态增益。K 越大，表示输入量对输出量的影响越大。
T――时间常数，在阶跃输入作用下，对象输出达到最终稳态变 化量的63.2％所需要的时间，时间常数T是反映响应变化 快慢或响应滞后的重要参数。用T表示的响应滞后称阻容 滞后（容量滞后）。
K Ts 1Qi
(s)
Ka s(Ts 1)
Qi
(s)
a s
h(t) L1[H (s)] L1[ Ka ] s(Ts 1)
L1[ Ka KaT ] s Ts 1
Ka * L1[(1 T )] s Ts 1
t
Ka(1 e T )
—过程特性及其数学模型—
—过程特性及其数学模型—
§2.2 对象理论数学模型的建立
一阶对象： 系统输入、输出关系（动态特性）可以用
一阶微分方程来表示的控制对象。 积分对象
系统动态特性可以用一阶积分方程来表示 的控制对象。 二阶对象：
系统动态特性可以用二阶微分方程来表示 的控制对象。
—过程特性及其数学模型—
·一阶线性对象
h1 R1
)
(qo
h2 R2
)
A2 h2
R2 q0
联立方程求解：
A1 A2 R1R2
d 2h2 dt 2
(R1 A1
R2
A2
)
dh2 dt
h2
R2
调节对象曲线的测定
调节对象特性曲线的测定
一、实验目的
1．了解测定调节对象特性曲线实验系统的组成。
2．学习调节对象特性曲线的测定方法。
3．加深对调节对象特性的了解。
二、实验器材
本实验所用仪器如下表
实验仪器表
设备型号
微机P4
直流稳压电源JWDY(5V直流电源)
热电偶铜－康铜
数据采集模块1块ADAM4018
信号转换器1块ADAM4520
电加热散热器2000W
三、实验原理及说明
我们所选择的调节对象——人工环境室，是一个有自平衡能力的调节对象。
在不用自动调节器时，受到干扰以后也可以达到热平衡。
可以用热电偶作为测温元件，测出调节对象受到干扰后调节过程的特性曲线，并用研华ADAM数据采集模块采集温度数据。
利用用户采集程序记录并处理温度数据和响应时间数据，绘制成图就可以得到调节对象的特性曲线。
实验系统组成如图1所示：
图1 实验系统组成
调节对象的特性曲线如图2:
图2 调节对象的飞升曲线
四、实验内容
按图1接线。
打开电脑，运行数据采集程序开始采集温度数据，待记录稳定一段时间后，给环境室加上阶跃干扰——打开散热器开始加热，用采集仪记录下调节对象完整的飞升曲线。
五、实验报告
1．根据采集的数据，作出环境室内采暖工况下调节对象的特性曲线。
并求出时间常数T1
2．分析影响调节对象三个特性参数的因素有哪些？。
实验2 对象特性测试
对象特性测试的意义
1. 掌握对象特性，有助于生产工艺的优化、控制器参数的整定、设计
更好的控制算法与安全措施 2. 一个控制系统通常总是由四个环节构成，其中的三个环节的特性都
是已知的，唯有对象特性，由于生产工艺、设备尺寸、操作条件等
诸多因素的不同，所以造成每个被控对象的特性都不相同 3. 作为自控技术人员，首要工作就是对所要控制的对象有较为充分的
下面的公式计算出两个不同的一阶惯性环节相乘的时间常数：
t1 t2 T1 T2 2.16
T1 T2
TT 1 2
2
t1 1.74 0.55 t2
• 若t1/t2≤0.32，系统为一阶环节；
t1 t2 • 若t1/t2=0.46 ，两个时间常数T1=T2相等，可由下式求出：T1 4.32
操作步骤和调试
7. 改变FV101的控制量为40%，观察、记录两个液位随时间变化的数
据，在图中读出液位稳定后的高度值和过渡过程时间； 8. 将FV101的控制量改回到50%，等待系统稳定。注意观察比较两次
液位变化的过程和结果是否相同。记下图中读出液位稳定后的高度
值和过渡过程时间等数据； 9. 重复步骤7、8，但FV101是反向变化10%，待系统稳定后再变回到
生“自由运动”（注意：这一运动仅是在一定约束条件下进行的）， 从而获得被控对象在输入作用下的自身变化的过程——响应曲线
• 经过数据处理，可得到（一阶、二阶）模型的结构和相关参数
阶跃测试信号施加方法
• 在控制器1、2手动状态下，分别改变其输出信号MV，使作用到控制
阀FV102或变频器U101 （一个代表控制通道，一个代表干扰作用 ） 的信号产生一个突变，从而流入水箱中的水量产生一个阶跃变化△Q
第5章 调节对象的特性及实验测定
因
1 t ∆h K T t
H(s) K = µ1 (s) Ts + 1
则
1 µ1(s) = s
K 1 H(s) = ⋅ Ts +1 s
t − T
时域表达式 ∆h = K(1 − e ) ∆µ1
又称一阶惯性特性或单容特性 又称一阶惯性特性或单容特性
对象的特性参数K、T反映了对象的物理本质。 对象的特性参数 、 反映了对象的物理本质。 反映了对象的物理本质 因为工艺过程就是能量或物质的交换过程， 因为工艺过程就是能量或物质的交换过程，在 此过程中，肯定存在能量的储存和阻力 能量的储存和阻力。 此过程中，肯定存在能量的储存和阻力。 反映对象存储能量的能力。 （1）容量系数 ）容量系数——反映对象存储能量的能力。 反映对象存储能量的能力 如水槽面积A， 的大小。 如水槽面积 ，它影响时间常数 T 的大小。 T = ARS （2）阻力系数 ）阻力系数——反映对象对物料或能量传递 反映对象对物料或能量传递 的阻力。 的阻力。 如阀门阻力系数 RS ，它影响放大系数 K 的大 小。 K ＝K R
∆h
K t T
并不是所有被控过程都具有自衡特性。 并不是所有被控过程都具有自衡特性 。同样的 单容水槽如果出水用泵抽出，则成为无自衡特性。 单容水槽如果出水用泵抽出，则成为无自衡特性。
单容无自衡特性 若阀门1突然开大 增大， 不变化。 若阀门 突然开大∆µ1 ， 则Q1增大，Q2不变化。 突然开大
被控对象
干扰f 干扰 + 给定值
e 控制器
－ 被控量 实测值
执行器
被控对象
变送器
5.1被控过程数学模型的作用与要求 被控过程数学模型的作用与要求 被控对象大都是生产中的工艺设备， 被控对象大都是生产中的工艺设备，它是控制系 统的重要环节。无论是设计、还是操作控制系统， 统的重要环节。无论是设计、还是操作控制系统，都 需要了解被控对象的特性。 需要了解被控对象的特性。 在经典控制理论中，被控对象的特性一般用单输 在经典控制理论中， 输出的数学模型描述。最常用的是传递函数。 入、输出的数学模型描述。最常用的是传递函数。 传递函数是指用拉氏变换式表示的对象特性。 传递函数是指用拉氏变换式表示的对象特性。 X c (s) X r (s)
化工仪表及自动化第二章调节对象的特性
h1
Q1
Q2
h2
2、容量滞后h
有些对在受到阶跃输入作用x后，被调 参数y开始变慢，后来才逐渐加快，最后又 变慢直至逐渐接近稳定值，这种现象叫容量 滞后或过渡滞后。
反应曲线如图2-22所示。
目前常见的化工对象的滞后时间 和时间 常数T大致情况如下:
• 被调参数为压力的对象—不大，T也属中等;
– 对象的数学模型：对象特性的数学描述。 – 通道：对象的输入变量与输出变量的信号联系
干扰通道 ； 调节通道
• 对象的数学模型可以分为： 1. 静态数学模型 描述的是对象在稳定时（静态）的输 入与输出关系； 2. 动态数学模型 描述的是在输入量改变以后，输出量 跟随变化的规律； 动态数学模型是更精确的模型，静态数学模型是动 态数学模型在对象达到平衡时的特例。
• 被调参数为液位的对象—很小，而T稍大； • 被调参数为流量的对象—和T都较小，数量 级往往在几秒至几十秒； • 被调参数为温度的对象—和T都较大，约几 分钟至几十分钟。
本章小结
一、基本要求 • 1. 了解建立被控对象数学模型的意义及数学 模型的建立方法； • 2. 掌握用机理建模的方法，建立简单对象的 数学模型；理解一阶对象，了解积分对象和 二阶对象 • 3. 掌握表征被控对象特性的三个参数： 放大倍数K、时间常数T、滞后时间τ的物 理意义及其对控制质量的影响； • 4. 了解被控对象特性的实验测定方法。
4. 尽可能增加实验点数，必要时可进行重复实验，以 提高精度；
5. 对实验数据中的奇异点，要认真分析，尽量排除。
6. 注意实验中的异常变化，必要时做好预防措施，以 策安全。
二、时间常数T
• 定义：在一定的输入作用下，被控变量完成其变化所 需时间的参数。
调节对象的特性
图7-12所示是一个蒸汽直接加热器。如果以进人的蒸汽量q为输入量， 液体的温度θ1为输出量(测温点不在水箱内，而在出口管道上，测点与水箱 的距离为L)，那么，当蒸汽量增加时，水箱内温度θ1升高，水流到管道测 温点处要经过一段时间τ0。因此，管道测温点处的温度θ2变化要比水箱内 水温变化落后一段时间τ0，如图7-12(b)所示，这个时间为纯滞后。显然L 越长或管内流速v越低，则τ0越大，即
在自动调节系统中，纯滞后不利于调节，因为测量装置不能将被调量 的变化及时地送给调节器，调节器总是按滞后的信号进行调节，调节作用 也就不能快速克服千扰影响。因此应尽最大努力消除或缩短纯滞后时间τ0
时间常数T
从大量的生产实践中发现，有的对象受干扰作用后，被调量变化 很快，较迅速地达到了稳定值，有的则很缓慢。从图7-13可以看到截 面积很大的水箱与截面积小的水箱相比，当进口流量改变同样一个数 值时，截面积小的水箱水位变化很快，并迅速稳定在新的数值，而截 面积大的水箱惰性大，水位变化慢，需经过很长的时间才能稳定。在 自动调节系统中，往往用时间常数T来表示这种特性。T越大，表示对 象受到干扰作用后被调量变化得越慢，到达新的稳定值所需的时间越 长。
对象特性对过渡过程的影响
1.放大系数K
K越大表示调节量的作用越显著，但调节量作用强烈时，系统容 易产生振荡。因此调节对象的K值较大时，调节器辅出的变化应当减 小。
2.纯潜后时间与时间常数的比值τ0 /T 纯滞后时间τ0 ，与时间常数T的比值是衡量对象是否容易控制的 一个指标，τ0 /T越大，纯滞后时间τ0 的相对影响越大，调节越困难;相 反，τ0 /T的值越小，调节越有利。 3.时间常数T
附录B 动态特性的实验求取
2.两点法 对有自平衡能力的对象，拐点位置和切线方向（斜 率）不易选准， τ，Tc和τ/ Tc的数值就不够准确。为 减小误差，可以采用两点法。 （1）用二阶惯性环节近似
对象的阶跃响应曲线的开始阶段没有明显延迟，而变化 速度先慢后快，最后又减慢至零，如图B-6
一、用实验方法求取热工对象的阶跃相应曲线
测定调节对象的阶跃响应曲线是工程上比较常见的 实验方法之一。该方法简单易行， 图中记录仪表除记录调节对象的输入，输出信号之 外，同时还记录影响调节对象输入、输出信号的有关 参数。
由于电厂生产过程比较复杂，实际测试时，经常会 碰到一系列问题，因此，为了保证试验结果准确，在 测定时应注意以下几点： (1)根据设备运行条件选择合适的输入信号幅值。 (2)在试验开始前，应将热力设备调整到适当的初始工况， 且要使热力设备稳定运行一段时间。 (3)由于受执行机构动作速度的限制，输入信号不可能是 理想的阶跃信号。
在图中定出c(∞),τ和Tc三 个数值，如输入信号的幅值 为△0，则K,T0,n可以求出：
(2)无自平衡能力的对象
设对象的阶跃响应曲线如 图B-5所示。传递函数可 用下式表示：
Ta,T0,n是与曲线形状有关的三个 常数。 Ta—响应时间 T0 —时间常数 K—阶数
作阶跃响应曲线的渐 近线，与横坐标的交点 为D，与纵坐标交点H， 设阶跃响应曲线起点为0， 则由阶跃响应曲线得到：
(4)为了获得一条准确的阶跃响应曲线，在相同的试验条 件下，应重复试验几次，试验结果中至少要有两条基 本相同的曲线。 (5)除记录调节对象输入、输出信号外，还应记录可能影 响输入、输出信号的其它参数，供分析时参考。 (6)热工对象一般均存在非线性特性，其动态特性随负荷 不同而有所区别，因此，应测试不同负荷时的动态特 性，以便综合分析。
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1－6 调节对象特性实验
（Governing Object Performance Character Test ）
一、实验目的
调节对象是控制系统中的一个基本环节，它的动态特性在一定程度上决定了调节过程和调节质 量，它是设计自动控制系统应该着重关注的一个方面。
我们采用反应曲线法求取调节对象的动、静 态特性参数，迟延τ，时间常数 T ，传递系数K 。
二、实验装置
供实验的调节对象是一个风机盘管机组 （模型）， 准确地讲， 被调对象是热水盘管出口的空气流， 被调参数为风机盘管机组的送风温度。
本实验通过对调节对象加入阶跃干扰，画出反应曲线，求取 调节对象的动、静态特性。
参数：迟延τ，时间常数 T ，传递系数 K （包括 d i p K K K 、 、 ）。
实验设备：风机盘管自控实验台
图 1 风机盘管实验台
三、实验原理
调节对象受到阶跃干扰（本实验中热水流过盘管内部，空气流过盘管外部翅片的间隙，相当 于对空气流进行加热），后，被调参数会发生飞升或者飞降的过程。
理想情况下，温度变化可以用一 阶微分方程描述，
d T K Q dt q q +=× 入 （1）
式(1)就是单容对象受到阶跃干扰作用Q 入 后，被调参数气流温度θ随时间t 变化的规律，称为 被调参数的过渡过程，而 t q : 曲线则称为对象的反应曲线（或称飞升曲线）
，如图（2）所示。
受热气流出口
通道
四、实验步骤 (1) 在“自动强关”状态下，设定采样周期为 1s 。
按下“手动风机”和“手动水泵” ，待一段
时间被控参数稳定后，按下“手动加热” 。
记下实验开始的时间和初温。
(2) 自控设备将每秒自动采样，当被控温度稳定一段时间后，弹出“手动加热” 、 “手动风机”
和“手动水泵” ，实验结束。
(3) 调出数据库中的温度随时间变化的数据，做反应曲线，读出延迟τ，求时间常数 T ，传递
系数 K （ d i p K K K 、 、 ）等特性参数。
具体公式如下： d / 1 k p = ；
i
p i T T k k = ，T 为采样周期，取1s ； T
T k k d p d = ，T 为采样周期，取1s 。
其中， % 100 85 . 0 0
0 ´ = T K t d ，T i =2τ，T d =0.5τ；T 0 表示温度达到最高值所需时间 T 的 63.2%。
x x y K x
y y min
max min max 0 - D - D = ，分母为 1， y D 为测量终态值与初始值之差， max y ＝100℃， min y ＝0℃。
五、实验要求
1.了解实验原理及绘制反应特性图，并能求出比例常数 p K ,积分常数 i K 和微分常数 d K 。
2.从实验得出的反映曲线中求出差动范围、延迟和工作周期，理解调节对象特性比 T
t 的定义。
3．实验安排方式：实验开放，同时可安排实验 4 组，每组 3～4 人。
图 2
一阶（单容）对象反应曲线
六、 实验报告要求
1． 实验原理。
2． 实验装置简图、实验方案和测试方法。
3． 测试记录及计算结果。
4． 对实验结果的分析。
5． 说明自己通过本实验所发现的问题、解决的问题和未能解决的问题。
6． 写出自己的收获和体会。
七、 实验思考题
1. 本实验中如果将实验测试装置简化为一阶单容对象，请问需要简化的因素有哪些？
2．分析实际实验条件下，影响气流最终温度稳定值的因素有哪些？
3．根据实验测得的调节对象的特性比 T t ，提出选用控制器类型的建议。
八、实验考核
1、 考核的内容
考勤、实验过程中的表现和实验报告。
2、 成绩评定的方法
实验成绩依学生考勤（减分） 、实验中表现成绩和实验报告成绩评定。