雙容型水箱實驗報告

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1、機械電子工程原理實驗報告雙容型水箱液位與PID控制練合實驗組員：XXXXXX年X月實驗一壓力傳感器特性測試及標定測量實驗一.實驗?zāi)康?、了解本實驗裝置的結(jié)構(gòu)與組成。2、掌握壓力傳感器的實驗原理及方法，對壓力傳感器進行標定。二、實驗設(shè)備1、徳普施雙容水箱一臺。2、PC機及DRLINK4.5軟件。三、實驗原理圖1?1傳感器裝置圖本實驗傳感器如圖1?1所示，使用二個擴散硅壓阻式壓力傳感器，分別用來測量上水箱水柱壓力，下水箱水柱壓力。擴散硅壓阻式壓力傳感器實質(zhì)是硅杯壓阻傳感器。它以N型單晶硅膜片作敏感元件，通過擴散雜質(zhì)使其形成4個P型電阻，形成電橋。

2、在壓力作用下根據(jù)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，基片產(chǎn)生應(yīng)力，電阻條的電阻率產(chǎn)生很大變化，引起電阻的變化，使電橋有相應(yīng)輸出。經(jīng)過后級電路的放大處理之后輸出0~5V之間的電信號。擴散硅壓力傳感器的輸出隨輸入呈線性關(guān)系，輸出特性曲線一般是一條直線，一般使用傳感器前需要對此傳感器進行標定，通常的做法是取兩個測量點(xl,yl)和(x2,y2)然后計算特性直線的斜率K和截距B即可。由于擴散硅壓力傳感器承受的水壓力與水的液位高度成正比，因此擴散硅壓力傳感器通常也用來測量液位高度。四、實驗內(nèi)容及結(jié)果上水槽壓力傳感器特性測試及標定測量實驗X為傳感器電壓值；Y為液位高度圖

3、1-2上水槽壓力傳感器特性測試及標怎測量實驗下水槽壓力傳感器特性測試及標定測量實驗X為傳感器電壓值，Y為液位高度圖1-3下水槽壓力傳感器特性測試及標定測量實驗5)壓力傳感器的標定系數(shù)值表。表1-1壓力傳感器標定系數(shù)值傳感器K值B值液位I傳感器0.06440-7.98567液位2傳感器0.065166-12.63056)依據(jù)壓力傳感器標定系數(shù)值繪制的壓力傳感器特性曲線如圖1-3,圖1-4所上水槽壓力傳感器特性曲線-_=JOoooOooO211EE碰W掃￡-示：50010001500200025003000電壓值/mV圖1-3上水槽壓力傳感器特性

4、曲線OoooOooO211下水槽壓力傳感器特性曲線50010001500200025003000電壓值/mV圖1-4下水槽壓力傳感器特性曲線五.思考題1.在做本實驗的時候，為何2次標定的液位高度不能夠太接近？答：由于液位高度與電壓值為線性關(guān)系，故2次標定的液位高度要保持一定距離，這樣可以有效降低系統(tǒng)誤差。在控制過程中市于水泵抽水壓力沖擊傳感器等影響會對液位傳感器產(chǎn)生一定程度的干擾。為了更好的體現(xiàn)一階液位的特性和進確的獲得測量值。在標定之后使用曲線擬合的方法去準確的描述繪制曲線。實驗二一階液位系統(tǒng)特性測試實驗一.實驗?zāi)康?、熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模

5、型及其階躍響應(yīng)曲線。2、根據(jù)由實際測得的單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法分別確定它們的參數(shù)。二、實驗設(shè)備1＞德普施雙容型水箱一臺。2、PC機及DRLIXK4.5軟件。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2-1—階液位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖四.實驗原理階躍響應(yīng)測試法是系統(tǒng)在開環(huán)運行條件下，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過調(diào)節(jié)器或其他操作器，手動改變對象的輸入信號（階躍信號），同時記錄對彖的輸出數(shù)據(jù)或階躍響應(yīng)曲線。然后根據(jù)C給定對象模型的結(jié)構(gòu)形式，對實驗數(shù)據(jù)進行處理，確定模型中各參數(shù)。圖解法是確定模型參數(shù)的一種實用方法。不同的模型結(jié)構(gòu)，有不同的圖解方法。單容水箱對彖模型用一圖2-2

6、—階系統(tǒng)模型階加時滯環(huán)節(jié)來近似描述時，?？捎脙牲c法直接求取對象參數(shù)。如圖2?2水流入量Q由調(diào)節(jié)發(fā)開度況加以控制，流出量Q()則由用戶根據(jù)需要通過負載閥來改變。被調(diào)量為水位力，它反應(yīng)水的流入與流出之間的平衡關(guān)系。令Q表示輸入水流量的穩(wěn)態(tài)值，AQ?表示輸入水流量的增加，表示輸出水流量的穩(wěn)態(tài)值△00表示輸出水流量的增量，力表示液位高度，屁表示液位的穩(wěn)態(tài)值，△力表示液位的增量，u表示調(diào)節(jié)閥的開度。設(shè)A為液槽橫截面積，/?為流出端負載閥門的阻力即液阻。根據(jù)物料平衡關(guān)系，在正常工作狀態(tài)下，初始時刻處于平衡狀態(tài)：Q。二Q,,h二瓜,當調(diào)節(jié)閥開度發(fā)生變化時，

7、液位隨之發(fā)生變化。在流出端負載閥開度不變的情況下，液位的變化將使流出量改變。流入量與流出量之差為：AQi-AQ0=^=A^(1)式屮，V為液槽液體貯存量；△Q?由調(diào)節(jié)閥開度變化△"引起，當閥前后壓差不變時，有△on⑵其中K“為閥門流量系數(shù)。流出量與液位高度的關(guān)系為Qo=Ao屁這是一個非線性關(guān)系式，可在平衡點(/?(),Qo)附近進行線性化，得液阻表達式R二獸⑶△Qo將式(2)和(3)代入式(1),可得T攀+Ah=KAu(4)dt式中，T=RA,K=KltRo在零初始條件下，對式(4)兩端進行拉氏變換，得到單容水槽的傳遞函數(shù)為G(s)AH(s)

8、_K△U(s)一Ts+1一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為非周期響應(yīng)，具備一個重要的特點?？梢杂脮r間常數(shù)T去度量系統(tǒng)輸出量的數(shù)值。例如，當匸T吋，h(T)二0.632;而當t