过程控制系统实验报告
姓名：
：指导教师 5月南京理工大学 2015 年
传感器、执行器实验实验二
一、实验目的 1 了解传感器、执行器的工作原理，掌握它们在实际过程控制中的应用。
二、实验要求
编程实现系统液位、温度、流量等模拟量的数据采集以及模拟量的输出。 三、实验步骤
1、液位传感器的测试
在水箱内按要求注入不同高度的纯净水，利用万用表和USB-4711A板卡的A/D口分别测出液位传感器的输出电压，并在计算机内将电压转换成对应的高度。将测量数据填入下表。
高250 mm200 mm150 mm100 mm50 mm0mm输-2.45.533.684.913.074.30万用表测量值（伏-2.45.56
3.714.324.923.09) 口测量A/D 192 296.48 345.31
444.92 393.36 246.88 ）（mm机内转换高度77.97% 130.21% 196.48% 393.76% 96.68% / 相对误差（%） 相对误差（%）2.21% 0.68% /
1.17% 4.68% 8.76%
)
(消除仪器误差
因为我们使用的实验仪器测高计有明显的机械误差，通过实际0mm时测量高度为192mm，表测电压为-2.4V。所以实际相对误差应是消除高度计所造成的机械误差之后的值，一并在表中列出了。
2、温度传感器的测试
用温度计测量出水温，同时利用万用表和USB-4711A板卡的A/D口测出温度传感器的输出电压，并在计算机内将其转换成相应的温度。将测量数据填入下表。
2 温度计 万用表测量值（度） （伏） A/D口测机内转换 （度） 相对误差（ 量电压(伏) 温度 / % 0.93 0.96 19.19 / 3、比例阀的控制比较机内控制电压与实际口输出控制电压，板卡的D/A通过USB-4711A 输出电压，并将结果填入下表。 控制量（伏） 2.5 0 5 7.5 10 出水 测量值（伏） 0 2.49 4.98 7.47 9.96 ）%相对误差（ 0 0.4% 0.4% 0.4% 计算机 0.4% 四、思考题、用传感器测量过程变量的准确性如何？如果有误差，可以采取什么1 方法进行修正？答：在测量过程变量时大量被测量是随时间变化的动态信号，传感器
的输入与输出信号是一个时间函数，随着输入信号变化，实际传感器输出与 输入不具有相同时间函数，将会产生系统误差和随机误差。随机误差可以采用统计学对于系统误差，可以采用差动法补偿来修正， 中的方法如算数平均或求标准偏差。
3
实验三 系统动态特性的测试
一、实验目的
学习单容对象动态特性的实验测定方法。
二、实验要求
通过实验的方法建立液位对象的过程数学模型。
三、实验步骤
利用液位对象的液位与输出流量的关系建立其模型 ⑴ 测试系统结构如图3-1所示。
进水LT
FT
出水 利用液位—输出流量
关系建立模型的实验原理图图3-1
⑵ 原理
对于液位系统，根据动态物料平衡关系有
d?h?Q??Q?A 式 3-1
Oi
dtQQ—输出流量； —输入流量； 式中： Oi —液位高度； A
—水箱截面积； h?Q?QQQh的增量。 、 分别为偏离某一平衡状态、、、h?0ii0OO0d?hQQQ?Q0?，也将发生变化，由、，当在静态时，变化时，h
OiOidth
与流量之间为非线性关系，为简化起流体力学可知，流体在紊流情况下，Qh在
工作点附近成正比，而与出水阀的阻与见，作线性化处理。近似认为O 4 力（称为液阻）成反比，即 R2?h?hR?Q?? 式或 3-2
2OR?Q02由式 3-1、式-2，消去中间变量，再求拉氏变换得： QO单容液
位过程的传递函数为：
R?H(S)K 式 3-3 ??)?W(S
2
?Q(S)RAS?1TS?1⑶ 关闭出水阀，向水箱内注水
2i
至260mm左右，将出水阀旋开至适当位置（整个测量过程中保持出水阀开度不变），测量给定液位高度所对应的流量值，填入下表。根据式3-3求对象的数学
模型。
120 160 200 240
h (mm)
1.880 1.965
2.039 2.137 Q ）（l/minO408 471 541 R 2473
R2其中水箱的截面积。 mm?175A?190mm
R4734732W(S)???
RAS?1473AS?1（1.51e7）S?12
四、思考题
1、分析可能造成模型不准确的原因。
答：①被控对象有较大的时间常数，导致变化过程较慢； ②单容水箱是一阶系统响应，被控变量的变化比较缓慢； ③被控对象具有传输延迟；
④被控对象不具有非线性，自平衡能力差。
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实验四 液位单回路控制系统的设计及参数整定
一、实验目的
掌握过程计算机控制系统的单回路控制方式。
二、实验要求
设计单容水箱的液位单回路控制系统，实现液位的定值控制，并对系统进行参数整定。
三、实验内容
1、按照图4-1，在组合式实验装置上通过选择管路，构造液位单回路控制系统。
计算机 M
进水 LI
出水
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