10. Лабораторная работа №2. Изучение методов измерения уровня жидкости. Измерение уровня столба жидкости гидростатическим методом. Тарировка датчика.

Цель: Ознакомиться с различными методами измерения уровня. Изучить технологию тарировки датчика давления для измерения уровня жидкости.

Задача: Произвести калибровку датчика давления для измерения с его помощью уровня жидкости гидростатическим методом.

Для выполнения работы используется стенд «Основы АСУТП».

Интерфейс программы показан на рис. 20.

Рис. 20. Интерфейс программы для ЛР №2

Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо получить у преподавателя свой вариант задания, в котором указаны:

1. Номер бака, с которым предстоит работа.

2. Количество необходимых измерений.

3. Уровень шума измерений.

Последовательность действий:

1. Установить переключатель баков в нужное положение. Ввести уровень шума, который указан в Вашем задании, а так же количество измерений.

2. При помощи кнопок «Вверх» «Вниз» произвести изменение уровня жидкости в баке. Первоначально установить уровень в минимально возможное состояние.

3. Нажать кнопку «Начать градуировку».

4. Определить уровень жидкости в баке по показаниям шкалы, нанесенной на бак. Ввести это значение в поле «Уровень [мм]». И нажать кнопку «Записать» Для ввода одной пары точек соответствия давления уровню. Программа при этом произведет n измерений и их среднее значение занесет в таблицу.

5. Увеличить уровень жидкости в баке.

6. Повторить пункты 5 и 6 пока не пройдете весь диапазон измерения уровня. Необходимо получить 8-10 точек.

7. Ввести значения плотности и ускорения свободного падения для теоретического расчета зависимости уровня жидкости от гидростатического давления.

8. Нажать на кнопку «Расчет». Программа произведет расчет аппроксимирующей зависимости для данной реализации. Вы можете выбрать вид эмпирического уравнения из следующих вариантов:

• линейный;

• полиномиальный (возможно изменение степени полинома);

• экспоненциальный.

Полученное уравнение отображается в нижней части экрана. Значение параметра «Точность» влияет на количество знаков после запятой в коэффициентах уравнения.

Зеленым цветом на графике отображается теоретическая зависимость.

9. Нажатие на кнопку «Сформировать отчет» сохраняет таблицу, уравнение и график с текущим вариантом расчета в файл формата Excel.

10. Повторить эксперимент с нулевым уровнем шума.

11. Сравнить зависимости, сделанные при разных уровнях шума между собой и с теоретической зависимостью. Сделайте вывод о влиянии шума измерений на точность определения тарировочной характеристики. Сделайте вывод о необходимости проведения тарировки. Удовлетворяет ли теоретическая кривая требуемой точности измерения уровня?

12. Оформить отчет по выполненной работе. Отчет должен содержать таблицы, уравнения и графики выполненных тарировок. Выводы.

11. Лабораторная работа №3. Структурная и параметрическая идентификация динамических систем. Изучение влияния шума измерения на погрешность идентификации.

Цель: Провести структурную и параметрическую идентификацию динамической системы.

Задача: Произвести структурную и параметрическую идентификацию динамической системы. Идентификации подлежит зависимость уровня в баке от расхода жидкости. Модель должна строиться в виде передаточной функции.

Для выполнения работы используется стенд «Основы АСУТП».

Интерфейс программы показан на рис.21.

Рис. 21. Интерфейс программы для ЛР № 3

Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо получить у преподавателя свой вариант задания, в котором указаны:

1. Номер бака, с которым предстоит работа и состояние выпускных клапанов в баке.

2. Уровень шума измерений.

Последовательность действий:

1. На вкладке «ЛР №1» Установить переключатель баков в нужное положение. Ввести нулевой уровень шума, а так же количество измерений. Перейти на вкладку «ЛР №3».

2. Ввести путь к файлу, в который будут записаны результаты измерений.

3. Определить расход жидкости при включении насоса. Для этого закрыть все клапана. Включить насос и замерить изменение уровня жидкости за определенный промежуток времени. Рассчитать объемный расход жидкости, зная скорость изменения уровня и геометрические размеры бака (узнать у преподавателя). При расчете считать расход постоянным и независящим от уровня жидкости. Ввести рассчитанное значение в программу в поле «Расход [л/мин]».

4. Кнопками управления клапанами установить уровень в рабочем баке на минимальный уровень.

5. Для запуска процесса сбора данных для идентификации нажать кнопку «Старт». Выждать не менее 15 секунд для записи состояния системы без воздействия. Сбор данных для идентификации ведется с периодом 5 секунд.

6. Включить насос, который соответствует выбранному баку, и снять не менее 10 точек переходного процесса.

7. Завершить измерения нажатием на кнопку «Стоп». При желании процесс снятия переходного процесса можно повторить. Для этого надо нажать на кнопку «Повтор».

8. П роизвести структурную идентификацию исследуемого объекта. Для этого можно воспользоваться видом переходной характеристики, сравнив ее с реакцией на ступенчатое воздействие типовых динамических звеньев. Другой вариант структурной идентификации заключается в определении дифференциального уравнения, связывающего эти зависимости, линеаризации этого уравнения и нахождения передаточной функции, отвечающей данному дифференциальному уравнению.

Рис. 22. Интерфейс программы. Идентификация системы

9. Произвести параметрическую идентификацию. Для этого перейти на вкладку «Идентификация»

10. Задать структуру модели. Для этого в соответствующие поля необходимо ввести порядки полиномов числителя и знаменателя передаточной функции, а так же задать порядок астатизма передаточной функции.

11. Произвести параметрическую идентификацию, для этого нажать на кнопку «Идентификация». В случае успешного расчета на экране появится математические модели динамического объекта, записанные в виде передаточной функции для непрерывной системы , для дискретной системы , и в виде модели в пространстве состояний.

12. На графике показаны отклики реального объекта и полученной модели. По ним можно оценить адекватность полученной модели. В случае значительного отклонения этих откликов друг от друга повторите процедуру структурной идентификации. Возможно, вы допустили ошибку.

13. Используя ЛАФЧХ, диаграмму Найквиста и диаграмму расположения нулей и полюсов определите характеристики полученной модели. Такие как: устойчивость, полоса пропускания, статический коэффициент передачи.

14. Повторите процедуру идентификации с пункта №4. Для случая с ненулевым шумом измерения (уровень указан в задании на лабораторную работу).

15. Сравните результаты идентификации с шумом и без, сделайте соответствующие выводы.

16. В отчет по лабораторной работе должны входить расчеты структуры модели. Таблицы и графики результатов измерений. Полученные модели в виде передаточной функции для непрерывной системы. Выводы по работе.

Рис. 3. Интерфейс программы. ЛАФЧХ

Рис. 4. Интерфейс программы. Диаграмма Найквиста

Рис. 55. Интерфейс программы. Расположение нулей и полюсов