试验装置专题

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专题三:无机综合应用二(实验装置为背景)

【例题】2006年天津卷28.

晶体硅是一种重要的非金属材料,制备纯硅的主要步骤如下:

①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅

②粗硅与干燥HCl 气体反应制得SiHCl 3:Si +3HCl

SiHCl 3+H 2

③SiHCl 3与过量H 2在1000~1100℃反应制得纯硅

已知SiHCl 3,能与H 2O 强烈反应,在空气中易自燃。

请回答下列问题:

(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为 。

(2)粗硅与HCl 反应完全后,经冷凝得到的SiHCl 3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl 4(沸点57.6℃)和HCl (沸点-84.7℃),提纯SiHCl 3采用的方法为 。

(3)用SiHCl 3与过量H 2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去):

①装置B 中的试剂是 。装置C 中的烧瓶需要加热,其目的是 _______________________________________。

②反应一段时间后,装置D 中观察到的现象是 ,装置D 不能采用普通玻璃管的原因是 ,装置D 中发生反应的化学方程式为 。 ③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及 。

④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解,取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是 。

a .碘水

b .氯水

c .NaOH 溶液

d .KSCN 溶液

e .Na 2SO 3溶液

【分析】

本题主要考查了:反应原理(方程式的书写)、物质的分离提纯、反应条件的控制、物质(Fe )的检验。要求考生具有从信息中提取实质性的内容与已有知识进行整合重组的能力。 第(1)小题,高温下C 参与的还原反应的产物是CO 而非CO 2,所以粗硅的制备原理是:SiO 2+2C Si +2CO↑

A B C

D

第(2)小题,对沸点不同的液态混合物分离提纯的方法一般选择分馏(或蒸馏)

第(3)小题,从装置的图和题目信息可知A装置是制备氢气,但因含有H2O(g)不能直接还原SiHCl3,所以必须进行洗气干燥,所以装置B中的试剂应该是浓硫酸;而SiHCl3与H2的反应制得纯硅SiHCl3+H2Si+3HCl,其温度高达1000~1100℃,只能在装置D石英管中进行,因为在此反应温度下,普通玻璃会软化。显然,装置C是使液态的SiHCl3气化,并与H2充分混合。由于硅在高温下易与空气中的氧气反应,所以,实验要取得成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及排尽装置中的空气。

第(4)小题,微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解后溶液中的Fe主要以Fe2+离子的形式存在,检验的方法一般是将其氧化成Fe3+用KSCN试液检验。

该装置产生的尾气主要成分是什么?处理时应注意什么?(HCl、H2;应注意降温、防倒吸以及循环利用)

答案:(1)SiO2+2C Si+2CO↑

(2)分馏(或蒸馏)

(3)①浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCI3气化

②有固体物质生成在反应温度下,普通玻璃会软化SiHCl3+H2Si+3HCl

③排尽装置中的空气

④bd

【拓展】

实验装置类试题背景主要是物质的制备,与无机工艺流程题类型相似,命题的主要框架都是:原料→预处理(除杂、净化)→主反应→分离提纯→产物;区别在于:装置类试题主要以实验装置图为情景信息,而工艺流程以文字为情景信息。2008年广东卷23题便可看成是上述例题(2006年天津卷28题)的变式。

实验装置类试题主要考查以下四方面的问题:

(1)对操作原理的认识(解决实验操作的理论依据问题)

(2)对操作方法的认识(解决如何操作的问题)。

(3)对操作目的的认识(解决为何要安排这样的操作问题)。

(4)对错误操作造成后果的认识(解决为何要这样操作的问题)。

(5)实验数据处理能力

从考查的内容看,仍然会涉及基本仪器的使用、实验基本操作、物质的分离和提纯、物质的检验与鉴别、物质的制备、实验方案设计和实验安全问题等,更加突出对实验操作能力和实验设计能力的考查,而且经常以综合实验题的形式出现,同时会与元素化合物、化学概念和理论等知识有机地联系在一起。

实验装置类试题通常是有气体参加反应的装置,在复习时要特别注意以下几个知识点的

落实:(1)实验装置的安全原则(内外压平衡、气流通畅);(2)如何检查装置的气密性;(3)倒吸形成的原因和防止倒吸的措施;(4)尾气处理的方法。

例如:2009年广东卷19改

某试验小组利用如下装置(部分固定装置略)制备氮化钙(Ca3N2),并探究其实验式。

思考:装置的每一部分是什么作用?

(1)按图连接好实验装置。检查装置的气密性,方法是

_____________________________________________________________

________________________________________________________________________。(2)反应过程中末端导管必须插入试管A的水中,目的是________________ ________________________________________________________________________。(3)制备氮化钙的操作步骤是:①打开活塞K并通入N2;②点燃酒精灯,进行反应;③反应结束后,______________________________________________________ ;

④拆除装置,取出产物。

(4)数据记录如下:

①计算得到实验式Ca x N2,其中x= 。

②若通入的N2中混有少量O2,请比较x与3的大小:_______________。

答案:

(1)关闭活塞K,微热反应管,试管A中有气泡冒出,停止加热,冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变,则说明装置的气密性良好。

(2)防止反应过程中空气进入反应管;便于观察N2流速。

(3)熄灭酒精灯,待反应管冷却至室温,停止通N2并关闭活塞K。

(4)①2.8 ②x<3

【练习】

1.某校化学小组学生利用下图所列装置进行“铁与水反应”的实验,并利用产物进一步制取FeCl3·6H2O晶体。(图中夹持及尾气处理装置均已略去)

⑴装置B中发生反应的化学方程式是_______________________________________。

⑵装置E中的现象是_____________________________________________________。

⑶停止反应,待B管冷却后,取其中的固体,加入过量稀盐酸充分反应,过滤。

简述检验滤液中Fe3+的操作方法_________________________________________

______________________________________________________________________。

⑷该小组学生利用上述滤液制取FeCl3·6H2O晶体,设计流程如下:

①步骤I中通入Cl2的作用是______________________________________________。

②步骤II从FeCl3稀溶液中得到FeCl3·6H2O晶体的主要操作包括:

_____________________________________________________________________。

③该流程中需保持盐酸过量,主要原因是(结合离子方程式简要说明)

_____________________________________________________________________。

2.(2010上海卷26改)CaCO3广泛存在于自然界,是一种重要的化工原料。大理石主要成分为CaCO3,另外有少量的含硫化合物。实验室用大理石和稀盐酸反应制备CO2气体。下列装置可用于CO2气体的提纯和干燥。

完成下列填空:

(1)用浓盐酸配制1:1(体积比)的稀盐酸(约6 mo l·L-1),需要的玻璃仪器有

___________________________________。

(2)上述装置中,A是溶液,其作用是。

(3)上述装置中,B物质是。

(4)一次性饭盒中石蜡和CaCO3在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一,测定溶出量的主要实验步骤设计如下:

剪碎、称重→浸泡溶解→过滤→残渣烘干→冷却、称重→恒重

①从物质分类的角度分析,石蜡属于有机物中的类,为了将石蜡从饭盒中

溶出,应选用下列试剂中的。

a.氯化钠溶液b.稀醋酸c.稀硫酸 d 正已烷

②饭盒中的碳酸钙常用稀醋酸将其溶出,试写出其反应的离子方程式

3.(2009理综全国卷II 28改)已知氨可以与灼热的氧化铜反应得到氮气和金属铜,用示意图中的装置可以实现和验证该反应。

回答下列问题:

(1)试写出氨与灼热的氧化铜反应的化学方程式。

(2)A中加入的物质是,B中加入的物质的作用是。

(3)实验时在C中观察到得现象是。

(4)实验时冰水的作用是。

检验实验后试管D中物质的方法和现象是_________________________________

________________________________________。试管E中收集到的气体是。

4.(2010福建卷25改)工业上常用铁质容器盛装冷浓酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应,某学习小组进行了以下探究活动:

(1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中,10分钟后移入硫酸铜溶液中,片刻后取出观察,铁钉表面无明显变化,其原因是。(2)另称取铁钉6.0g放入15.0mL浓硫酸中,加热,充分应后得到溶液X并收集到气体Y。

甲同学认为X中除Fe3+外还可能含有Fe2+。若要确认其中存在Fe2+,需要进行的实验操作、现象和结论是

______________________________________________________________________。

乙同学认为气体Y中除含有SO2、H2外,还可能含有CO2气体。为此设计了下列探究实验装置(图中夹持仪器省略)。

①认为气体Y中还含有CO2的理由是

(用化学方程式表示)。]

②装置A中试剂的作用是。

③为确认CO2的存在,需在装置中添加M于(选填序号)。

a.A之前b.A-B间c.B-C间d.C-D间

④能说明气体Y中含有H2的实验现象是。5.(2008年天津卷10)

Ⅰ.化学实验室制取氯化氢气体的方法之一是将浓硫酸滴入浓盐酸中。请从下图中挑选所需仪器,在方框内画出用该方法制备、收集干燥氯化氢气体的装置简图,并在图中标明所用试剂。(仪器可重复使用,固定装置不必画出)

试管圆底烧瓶集气瓶烧杯普通漏斗量筒分液漏斗长颈漏斗导管橡胶塞胶皮管

Ⅱ.实验室制备少量硫酸亚铁晶体的实验步骤如下:取过量洁净的铁屑,加入20%-30%的稀硫酸溶液,在50℃-80℃水浴中加热至不再产生气泡。将溶液趁热过滤,滤液移至试管中,用橡胶塞塞紧试管口,静置、冷却一段时间后收集产品。

(1)写出该实验制备硫酸亚铁的化学方程式:。

(2)硫酸溶液过稀会导致。

(3)采用水浴加热的优点是。

(4)反应时铁屑过量的目的是(用离子方程式表示)。(5)溶液须趁热过滤的原因是。

塞紧试管口的目的是。

(6)静置冷却一段时间后,在试管中观察到的现象是。6.(2010年江苏卷15改)高纯MnCO3是制备高性能磁性材料的主要原料。实验室以MnO2为原料制备少量高纯MnCO3的操作步骤如下:

I、制备MnSO4溶液:

在烧瓶中(装置见右图)加入一定量

MnO2和水,搅拌,通入SO2和N2混合

气体,反应3h。停止通入SO2,继续反

应片刻,过滤。

(1)烧瓶中进行反应的化学方程式为

(2)烧杯中石灰乳的作用是。

(3)反应过程中,为使SO2尽可能转化完全,可采取的合理措施有

________________________________________________________(写2条即可)。

(4)若实验中将N2换成空气,可能出现的问题是。

II、制备高纯MnCO3固体:

往制得的MnSO4溶液边搅拌边加入Na2CO3,并控制溶液PH<7.7,充分反应后过滤,用少量水洗涤2~3次,再用少量C2H5OH洗涤后,低于100℃干燥即得高纯MnCO3固体。

(5)检验MnCO3固体是否洗涤干净的操作、可能的现象和结论是:

(6)MnCO3固体需要在低于100℃干燥的原因可能是。【答案】

1.⑴3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2↑

⑵黑色固体变红,右端管壁有水珠

⑶取少量滤液,滴入几滴KSCN溶液,观察溶液是否变红色

⑷①将Fe2+氧化成Fe3+

② 加热浓缩、冷却结晶、过滤

③ Fe 3++ 3H 2O Fe(OH)3 + 3H +,过量盐酸抑制FeCl 3水解

2.(1)烧杯、玻璃棒、量筒;

(2)NaHCO 3;吸收HCl 气体或吸收酸性气体;

(3)无水CaCl 2 或硅胶或P 2O 5固体;

(4)①烃 d (提示:石蜡属于有机物,易溶于有机溶剂)

② CaCO 3+2CH 3COOH=2CH 3COO -+Ca 2++H 2O+CO 2↑

3.(1)2NH 3+3CuO △N 2+3H 2O +3Cu 。

(2)固体NH 4Cl 和Ca(OH)2;除去NH 3流中的水蒸气。

(3)黑色粉末部分逐渐变为红色;

(4)使生成的水蒸气冷却并吸收过量的氨气。

用红色石蕊试纸检验,试纸变蓝;用无水硫酸铜检验,无水硫酸铜变蓝。

氮气。

4.(1)铁钉表面被钝化(或其他合理答案)

(2)取少量溶液X 于试管中,滴入几滴酸性高锰酸钾溶液,若高锰酸钾溶液的紫色褪去,则说明溶液中含有Fe 2+

①C+2H 2SO 4(浓)

△ CO2↑+2SO2↑+2H 2O ②除去混合气体中的SO 2 ③c ④D 中固体由黑变红和E 中固体由白变蓝

5.Ⅰ.

Ⅱ.(1)Fe+H 2SO 4(稀)

FeSO 4+H 2↑ ;(2)反应速率慢 不利于晶体析出 (3)水浴加热受热均匀,温度容易控制。

(4)Fe 3++2Fe =3Fe 2+ ; (5)减少FeSO 4的损失 ; 防止空气进入试管将Fe 2+氧化为Fe 3+

(6)有浅绿色晶体析出

6.(1)MnO 2+SO 2=MnSO 4或22342MnO H SO MnSO H O +=+

(2)吸收多余的SO 2,防止污染大气。

(3)控制适当的温度、缓慢通入混合气体(或其它合理答案均可)

(4)空气中的O 2氧化H 2SO 3生成H 2SO 4,降低SO 2的利用率。

(5)取少量最后一次的洗涤液于试管中,加入过量硝酸酸化后,滴入几滴BaCl 2溶液,若产生白色沉淀,则MnCO 3固体未洗涤干净,若不产生白色沉淀,则MnCO 3固体已经洗涤干净。(凡合理答案均可)

(6)高于100℃时MnCO3可能会受热发生分解反应。(提示:不溶性碳酸盐受热均易分解)

力学实验专题

一.实验探究题(共37小题) 1.小明在“测小车的平均速度”的实验中,设计了如图所示的实验装置:小车从带刻度(分度值为lcm)的斜面顶端由静止下滑,图中的圆圈是小车到达A、B、C三处时电子表的显示(数字分别表示“小时\分\秒”),则; (1)该实验是根据公式进行测量的; (2)实验中为了方便计时,应使斜面的坡度较(填“大”或“小”); (3)请根据图中所给信息回答:S AB=cm;v AC=m/s; (4)实验前必须学会熟练使用电子表,如果让小车过了A点后才开始计时,则会使所测AC段的平均速度V AC偏(填“大”或“小”) 2.如图是测平均速度的实验装置: (1)实验的原理是; (2)实验中为了便于测量小车的运动时间,斜面应保持坡度(填“较小”或“较大”)。 (3)由实验测量可知,小车通过上半程的平均速度比小车通过下半程的平均速度(填“小”、“大”或“等于”),表明小车做的是(填“匀速”或“变速”)运动。 (4)实验过程中某一时刻秒表示数如图所示,则读数为s。

3.如图甲是“探究某种固体物质熔化特点”的实验装置,图乙是根据实验数据描绘出的该物质在熔化过程中温度随加热时间变化的图象。 (1)实验中,用烧杯中的热水加热试管中固体物质,好处是; A.便于观察B.受热均匀 (2)由图乙可知,物质是(晶体/非晶体)。 (3)图乙中,该物质加热8min时,其状态是态(选填固、液、固液共存),此时的温度是℃。(4)除图中所示实验器材及火柴外,要完成此实验,还需要的器材是。 4.如图,图甲是“探究某种固体物质熔化特点”的实验装置,图乙是根据实验数据描绘出的该物质在熔化过程中温度随时间变化的图象。 (1)试验中使用的温度计是根据液体的原理制成的; (2)图甲中,用烧杯中的热水加热试管中固体物质,好处是;由图乙可知,该物质是(选填“晶体”或“非晶体”); (3)图乙中,该物质在BC段处于(填“固体”、“液体”、“固液共存”)状态,在熔化过程中该物质的温度(选填“升高”、“降低”或“不变”).该物质在B点具有的内能(选填“大于”、“等于”或“小于”)在C点的内能;(4)由图乙可知,该物质在AB段比CD段升温要快,其原因是该物质固态时的比热容比其液态时的比热容(选填“大”、“小”或“相同”)(不考虑热量散失)。 5.一同学在做“平面镜成像特点”的实验时,将一块玻璃板竖直架在一把直尺的上面,再取两段等长的蜡烛A和B 一前一后竖直放在直尺上,点燃玻璃板前的蜡烛A,用眼睛进行观察,如图所示。在此实验中: (1)直尺的作用是便于比较物与像到镜面的的关系。

过程控制实验报告

过程控制实验 实验报告 班级:自动化1202 姓名:杨益伟 学号:120900321 2015年10月 信息科学与技术学院 实验一过程控制系统建模 作业题目一: 常见得工业过程动态特性得类型有哪几种?通常得模型都有哪些?在Simulink中建立相应模型,并求单位阶跃响应曲线、 答:常见得工业过程动态特性得类型有:无自平衡能力得单容对象特性、有自平衡能力得单容对象特性、有相互影响得多容对象得动态特性、无相互影响得多容对象得动态特性等。通常得模型有一阶惯性模型,二阶模型等、 单容过程模型 1、无自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个无自衡单容过程得模型分别为与,试在Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Simulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

2、自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个自衡单容过程得模型分别为与,试在Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Simulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

多容过程模型 3、有相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知有相互影响得多容过程得模型为,当参数, 时,试在Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Simulink中建立模型如图所示:得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

4、无相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知两个无相互影响得多容过程得模型为(多容有自衡能力得对象)与(多容无自衡能力得对象),试在Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 在Simulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

现代控制理论实验报告

实验报告 ( 2016-2017年度第二学期) 名称:《现代控制理论基础》 题目:状态空间模型分析 院系:控制科学与工程学院 班级: ___ 学号: __ 学生姓名: ______ 指导教师: _______ 成绩: 日期: 2017年 4月 15日

线控实验报告 一、实验目的: l.加强对现代控制理论相关知识的理解; 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析; 二、实验内容 1 第一题:已知某系统的传递函数为G (s) S23S2 求解下列问题: (1)用 matlab 表示系统传递函数 num=[1]; den=[1 3 2]; sys=tf(num,den); sys1=zpk([],[-1 -2],1); 结果: sys = 1 ------------- s^2 + 3 s + 2 sys1 = 1 ----------- (s+1) (s+2) (2)求该系统状态空间表达式: [A1,B1,C1,D1]=tf2ss(num,den); A = -3-2 10 B = 1 C = 0 1

第二题:已知某系统的状态空间表达式为: 321 A ,B,C 01:10 求解下列问题: (1)求该系统的传递函数矩阵: (2)该系统的能观性和能空性: (3)求该系统的对角标准型: (4)求该系统能控标准型: (5)求该系统能观标准型: (6)求该系统的单位阶跃状态响应以及零输入响应:解题过程: 程序: A=[-3 -2;1 0];B=[1 0]';C=[0 1];D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D); co=ctrb(A,B); t1=rank(co); ob=obsv(A,C); t2=rank(ob); [At,Bt,Ct,Dt,T]=canon(A,B,C,D, 'modal' ); [Ac,Bc,Cc,Dc,Tc]=canon(A,B,C,D, 'companion' ); Ao=Ac'; Bo=Cc'; Co=Bc'; 结果: (1) num = 0 01 den = 1 32 (2)能控判别矩阵为: co = 1-3 0 1 能控判别矩阵的秩为: t1 = 2 故系统能控。 (3)能观判别矩阵为: ob = 0 1

连接体问题专题详细讲解20912

连接体问题 一、连接体与隔离体 两个或两个以上物体相连接组成的物体系统,称为连接体。如果把其中某个物体隔离出来,该物体即为隔离体。 二、外力和力如果以物体系为研究对象,受到系统之外的作用力,这些力是系统受到的外力,而系统各 物体间的相互作用力为力。应用牛顿第二定律列方程不考虑力。如果把物体隔离出来作为研究对象,则这些力将转换为隔离体的外力。 三、连接体问题的分析方法 1.整体法连接体中的各物体如果加速度相同,求加速度时可以把连接体作为一个整体。运用牛顿第二定律列方程求解。 2.隔离法如果要求连接体间的相互作用力,必须隔离其中一个物体,对该物体应用牛顿第二定律求解,此法称为隔离法。 3.整体法与隔离法是相对统一,相辅相成的。本来单用隔离法就可以解决的连接体问题,但如果这两种方法交叉使用,则处理问题就更加方便。如当系统中各物体有相同的加速度,求系统中某两物体间的相互作用力时,往往是先用整体法法求出加速度,再用隔离法法求物体受力。 简单连接体问题的分析方法 1.连接体:两个(或两个以上)有相互作用的物体组成的具有相同大小加速度的整体。 2.“整体法”:把整个系统作为一个研究对象来分析(即当做一个质点来考虑)。 注意:此方法适用于系统中各部分物体的加速度大小方向相同情况。 3.“隔离法”:把系统中各个部分(或某一部分)隔离作为一个单独的研究对象来分析。 注意:此方法对于系统中各部分物体的加速度大小、方向相同或不相同情况均适用。 4.“整体法”和“隔离法”的选择 求各部分加速度相同的连结体的加速度或合外力时,优选考虑“整体法”;如果还要求物体之间的作用力,再用“隔离法”,且一定是从要求作用力的那个作用面将物体进行隔离;如果连结体中各部分加速度不同,一般都是选用“隔离法”。 5.若题中给出的物体运动状态(或过程)有多个,应对不同状态(或过程)用“整体法”或“隔离法”进行受力分析,再列方程求解。

高中物理力学实验专题训练(有答案)

力学实验专题训练 2017、04 1.在“验证动量守恒定律”的实验中,气垫导轨上放置着带有遮光板的滑块A、B,遮光板的宽度相同,测得的质量分别为m1和m2.实验中,用细线将两个滑块拉近使轻弹簧压缩,然后烧断细线,轻弹簧将两个滑块弹开,测得它们通过光电门的时间分别为t1、t2. (1)图22⑴为甲、乙两同学用螺旋测微器测遮光板宽度d时所得的不同情景。由该图可知甲同学测得的示数为mm,乙同学测得的示数为mm。 (2)用测量的物理量表示动量守恒应满足的关系式: 被压缩弹簧开始贮存的弹性势能P E 2.为验证“动能定理”,某同学设计实验装置如图5a所示,木板倾斜构成固定斜面,斜面B处装有图b所示的光电门. (1)如图c所示,用10分度的游标卡尺测得挡光条的宽度d= (2)装有挡光条的物块由A处静止释放后沿斜面加速下滑,读出挡光条通过光电门的挡光时间t,则物块通过B处时的速度为________ (用字母d、t表示); (3)测得A、B两处的高度差为H、水平距离L.已知物块与斜面间的动摩擦因数为μ,当地的重力加速度为g,为了完成实验,需要验证的表达式为_______________ _.(用题中所给物理量符号表示) 3.在“验证机械能守恒定律”的实验中,小明同学利用传感器设计实验:如图10甲所示,将质量为m、直径为d的金属小球在一定高度h由静止释放,小球正下方固定一台红外线计时器,能自动记录小球挡住红外线的时间t,改变小球下落高度h,进行多次重复实验.此方案验证机械能守恒定律方便快捷. (1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示,则小球的直径d=________mm; (2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒,应作下列哪一个图象________; A.h-t图象 B.h-1 t图象 C.h-t2图象 D.h- 1 t2图象 甲 0123401234 5 45 5 45 可动刻度 固 定 刻 度 固 定 刻 度

过程控制仪表实验报告

成绩________ 过程控制仪表及装置实验报告 班级:_______________________________________ 姓名:________________________________________ 学号:________________________________________ 指导老师:_____________________________________ 实验日期:_____________________________________

目录 实验一电容式差压变送器的校验 (2) 实验二热电阻温度变送器的校验 (5) 实验三模拟调节器开环校验 (8) 实验四模拟调节器闭环校验 (12) 实验五SLPC可编程调节器的编程设计与操作 (14) 实验六SLPC可编程调节器PID控制参数整定 (19) 1 实验一电容式差压变送器的校验 一、实验目的 1.了解并熟悉电容式差压变送器整体结构及各种部件的作用。 2.掌握电容式差压变送器的工作原理。 3.掌握电容式差压变送器的起点及终点调整、精度校验、迁移的调整方法。 二、实验项目 1.掌握气动定值器、标准电流表、标准压力表、标准电阻箱的使用方法。2.了解电容式差压变送器整体结构,熟悉各调节螺钉的位置和用途。 3.按照实验步骤进行仪表的起点、终点调整,进行精度、迁移校验。 三、实验设备与仪器 1.电容式差压变送器1台 2.标准电阻箱1个 3.气动定值器1个 4.标准电流表1台 5.标准压力表1个 6.大、小螺丝刀各1把 7.连接导线、气压导管若干 四、实验原理 实验接线如图2-1所示。

现代控制理论实验报告

现代控制理论实验报告

实验一系统能控性与能观性分析 一、实验目的 1.理解系统的能控和可观性。 二、实验设备 1.THBCC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台; 三、实验容 二阶系统能控性和能观性的分析 四、实验原理 系统的能控性是指输入信号u对各状态变量x的控制能力,如果对于系统任意的初始状态,可以找到一个容许的输入量,在有限的时间把系统所有的状态引向状态空间的坐标原点,则称系统是能控的。 对于图21-1所示的电路系统,设iL和uc分别为系统的两个状态变量,如果电桥中 则输入电压ur能控制iL和uc状态变量的变化,此时,状态是能控的。反之,当 时,电桥中的A点和B点的电位始终相等,因而uc不受输入ur的控制,ur只能改变iL的大小,故系统不能控。 系统的能观性是指由系统的输出量确定所有初始状态的能力,如果在有限的时间根据系统的输出能唯一地确定系统的初始状态,则称系统能观。为了说明图21-1所示电路的能观性,分别列出电桥不平衡和平衡时的状态空间表达式: 平衡时:

由式(2)可知,状态变量iL和uc没有耦合关系,外施信号u只能控制iL的变化,不会改变uc的大小,所以uc不能控。基于输出是uc,而uc与iL无关连,即输出uc中不含有iL的信息,因此对uc的检测不能确定iL。反之式(1)中iL与uc有耦合关系,即ur的改变将同时控制iL和uc的大小。由于iL与uc的耦合关系,因而输出uc的检测,能得到iL 的信息,即根据uc的观测能确定iL(ω) 五、实验步骤 1.用2号导线将该单元中的一端接到阶跃信号发生器中输出2上,另一端接到地上。将阶跃信号发生器选择负输出。 2.将短路帽接到2K处,调节RP2,将Uab和Ucd的数据填在下面的表格中。然后将阶跃信号发生器选择正输出使调节RP1,记录Uab和Ucd。此时为非能控系统,Uab和Ucd没有关系(Ucd始终为0)。 3.将短路帽分别接到1K、3K处,重复上面的实验。 六、实验结果 表20-1Uab与Ucd的关系 Uab Ucd

连接体问题专题详细讲解

连接体问题一、连接体与隔离体 两个或两个以上物体相连接组成的物体系统,称为连接体。如果把其中某个物体隔离出来,该物体即为隔离体。 二、外力和内力如果以物体系为研究对象,受到系统之外的作用力,这些力是系统受到的外力,而系统内各物体间的相互作用力为内力。应用牛顿第二定律列方程不考虑内力。如果把物体隔离出来作为研究对象,则这些内力将转换为隔离体的外力。 三、连接体问题的分析方法 1.整体法连接体中的各物体如果加速度相同,求加速度时可以把连接体作为一个整体。运用牛顿第二定律列方程求解。 2.隔离法如果要求连接体间的相互作用力,必须隔离其中一个物体,对该物体应用牛顿第二定律求解,此法称为隔离法。 3.整体法与隔离法是相对统一,相辅相成的。本来单用隔离法就可以解决的连接体问题,但如果这两种方法交叉使用,则处理问题就更加方便。如当系统中各物体有相同的加速度,求系统中某两物体间的相互作用力时,往往是先用整体法法求出加速度,再用隔离法法求物体受力。 简单连接体问题的分析方法 1.连接体:两个(或两个以上)有相互作用的物体组成的具有相同大小加速度的整体。 2.“整体法”:把整个系统作为一个研究对象来分析(即当做一个质点来考虑)。 注意:此方法适用于系统中各部分物体的加速度大小方向相同情况。 3.“隔离法”:把系统中各个部分(或某一部分)隔离作为一个单独的研究对象来分析。 注意:此方法对于系统中各部分物体的加速度大小、方向相同或不相同情况均适用。 4.“整体法”和“隔离法”的选择 求各部分加速度相同的连结体的加速度或合外力时,优选考虑“整体法”;如果还要求物体之间的作用力,再用“隔离法”,且一定是从要求作用力的那个作用面将物体进行隔离;如果连结体中各部分加速度不同,一般都是选用“隔离法”。 5.若题中给出的物体运动状态(或过程)有多个,应对不同状态(或过程)用“整体法”或“隔离法”进行受力分析,再列方程求解。 针对训练 1.如图用轻质杆连接的物体AB沿斜面下滑,试分析在下列条件下,杆受到的力是拉力还是压力。 (1)斜面光滑; (2)斜面粗糙。 〖解析〗解决这个问题的最好方法是假设法。即假定A、B间的杆不存在,此时同时释放A、B,若斜面光滑,A、B运动的加速度均为a=g sinθ,则以后的运动中A、B间的距离始终不变,此时若将杆再搭上,显然杆既不受拉力,也不受压力。若斜面粗糙,A、B单独运动时的加速度都可表示为:a=g sinθ-μg cosθ,显然,若a、b两物体与斜面间的动摩擦因数μA=μB,则有a A=a B,杆仍然不受力,若μA>μB,则a A<a B,A、B间的距离会缩短,搭上杆后,杆会受到压力,若μA<μB,则a A>a B杆便受到拉力。 〖答案〗 (1)斜面光滑杆既不受拉力,也不受压力 (2)斜面粗糙μA>μB杆不受拉力,受压力 斜面粗糙μA<μB杆受拉力,不受压力 类型二、“假设法”分析物体受力 【例题2】在一正方形的小盒内装一圆球,盒与球一起沿倾角为θ的斜面下滑,如图所示,若不存在摩擦,当θ角增大时,下滑过程中圆球对方盒前壁压力T及对方盒底面的压力N将如何变化?(提示:令T不为零,用整体法和隔离法分析)()

(完整word版)初中物理力学实验专题训练

初中物理力学实验专题训练 1.天平:某同学用托盘天平测量物体质量时 (1)他把已经调节好的托盘天平搬到另一实验桌上,则使用前应() A.只要将天平放在水平台上B.只要调节横梁平衡 C.不需要再调节D.先将天平放在水平台上,再调节横梁平衡 (2)当他把天平重新调好后,就把药品放在天平的右盘中,用手向左盘中加减砝码,并移动游码,直到指针指到分度盘的中央,记下盘中砝码的质量就等于物体的质量。他的操作中的错误是。 (3)当他改用正确的操作方法后,盘中砝码和游码的位置如图3所示,则物体的质量是。 2.量筒:用量筒测液体的体积时,筒中的液面是凹形的,测量者的视线应与凹面的____相平(填“顶部”、“底部”)。如图4所示,其中同学读数正确,量筒中液体的体积为 cm3。测量形状不规则的固体体积,由图5可知,液体的体积为_____cm3,固体的体积为____cm3。 3.弹簧测力计:使用弹簧测力计应注意的是:使用前要观察量程和分度值,指针要___________。使用过程中,指针、弹簧不得与外壳有摩擦.使用过程中,拉力不能超过弹簧测力计的_________。如图6所示,弹簧测力计测量范围是_______,指针所示被测物重是______N。 4.压强计:研究液体压强所用的仪器是_______,它是根据U形管两边液面出现的_________来测定液体内部压强的。 (1)在做“液体内部的压强”实验时,如图7所示,该实验的现象说明。 图7

(2 序号液体深度 (cm) 橡皮膜 方向 压强计 左液面 (mm) 右液面 (mm) 液面高度差 (mm) 1 水 3朝上18621428 23朝下18621428 33朝侧面18621428 46朝侧面17122958 59朝侧面15824284 6盐水9朝侧面15424692 根据上表中的数据,比较序号为___________的三组数据可得出结论:液体的压强随深度增加而增大;比较序号为__________的三组数据可提出结论:在同一深度,液体向各个方向的压强相等;比较序号为______________的两组数据可得出结论:不同液体的压强还跟密度有关。 5.如图12所示,是一个小球运动时的频闪照片,频闪时间间隔为0.02s,闪亮时间千分之一秒可忽略不计。根据照片记录的小球位置,分析解决下列问题: (1)小球从位置a 运动到位置d所用的时间是多少? (2)小球所作的运动是不是匀速运动?判断的依据是什么? (3)小球从位置a 运动到位置d 的平均速度有多大? 图12 6.小明同学通过实验来研究影响浮力大小的因素,做了如图18所示的一系列实验。 图18

过程控制系统实验报告

实验一过程控制系统的组成认识实验 过程控制及检测装置硬件结构组成认识,控制方案的组成及控制系统连接 一、过程控制实验装置简介 过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才为出发点。实验对象采用当今工业现场常用的对象,如水箱、锅炉等。仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪,上位机监控软件采用MCGS工控组态软件。对象系统还留有扩展连接口,扩展信号接口便于控制系统二次开发,如PLC控制、DCS控制开发等。学生通过对该系统的了解和使用,进入企业后能很快地适应环境并进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发的平台。 二、过程控制实验装置组成 本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC三部分组成。 1、被控对象 由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接,4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成),压力容器组成。 水箱:包括上、下水箱和储水箱。上、下水箱采用透明长方体有机玻璃,坚实耐用,透明度高,有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。水箱结构新颖,内有三个槽,分别是缓冲槽、工作槽、出水槽,还设有溢流口。二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。 模拟锅炉:锅炉采用不锈钢精致而成,由两层组成:加热层(内胆)和冷却层(夹套)。做温度定值实验时,可用冷却循环水帮助散热。加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度,可做温度串级控制、前馈-反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。 压力容器:采用不锈钢做成,一大一小两个连通的容器,可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。 管道:整个系统管道采用不锈钢管连接而成,彻底避免了管道生锈的可能性。为了提高实验装置的使用年限,储水箱换水可用箱底的出水阀进行。 2、检测装置 (液位)差压变送器:检测上、下二个水箱的液位。其型号:FB0803BAEIR,测量范围:0~1.6KPa,精度:0.5。输出信号:4~20mA DC。 涡轮流量传感器:测量电动调节阀支路的水流量。其型号:LWGY-6A,公称压力:6.3MPa,精度:1.0%,输出信号:4~20mA DC 温度传感器:本装置采用了两个铜电阻温度传感器,分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。经过温度传感器,可将温度信号转换为4~20mA DC电流信号。 (气体)扩散硅压力变送器:用来检测压力容器内气体的压力大小。其型号:DBYG-4000A/ST2X1,测量范围:0.6~3.5Mpa连续可调,精度:0.2,输出信号为4~20mA DC。 3、执行机构 电气转换器:型号为QZD-1000,输入信号为4~20mA DC,输出信号:20~100Ka气压信号,输出用来驱动气动调节阀。 气动薄膜小流量调节阀:用来控制压力回路流量的调节。型号为ZMAP-100,输入信号为4~20mA DC或0~5V DC,反馈信号为4~20mA DC。气源信号 压力:20~100Kpa,流通能力:0.0032。阀门控制精度:0.1%~0.3%,环境温度:-4~+200℃。 SCR移相调压模块:采用可控硅移相触发装置,输入控制信号0~5V DC或4~20mA DC 或10K电位器,输出电压变化范围:0~220V AC,用来控制电加热管加热。 水泵:型号为UPA90,流量为30升/分,扬程为8米,功率为180W。

现代控制理论 实验报告

实验三典型非线性环节 一.实验要求 1.了解和掌握典型非线性环节的原理。 2.用相平面法观察和分析典型非线性环节的输出特性。 二.实验原理及说明 实验以运算放大器为基本元件,在输入端和反馈网络中设置相应元件(稳压管、二极管、电阻和电容)组成各种典型非线性的模拟电路。 三、实验内容 3.1测量继电特性 (1)将信号发生器(B1)的幅度控制电位器中心Y测孔,作为系统的-5V~+5V输入信号(Ui):B1单元中的电位器左边K3开关拨上(-5V),右边K4开关也拨上(+5V)。 (2)模拟电路产生的继电特性: 继电特性模拟电路见图 慢慢调节输入电压(即调节信号发生器B1单元的电位器,调节范围-5V~+5V),观测并记录示波器上的U0~U i图形。 波形如下: 函数发生器产生的继电特性 ①函数发生器的波形选择为‘继电’,调节“设定电位器1”,使数码管右显示继电限幅值为3.7V。 慢慢调节输入电压(即调节信号发生器B1单元的电位器,调节范围-5V~+5V),观测并记录示波器上的U0~U i图形。实验结果与理想继电特性相符 波形如下:

3.2测量饱和特性 将信号发生器(B1)的幅度控制电位器中心Y测孔,作为系统的-5V~+5V输入信号(Ui):B1单元中的电位器左边K3开关拨上(-5V),右边K4开关也拨上(+5V)。 (2)模拟电路产生的饱和特性:饱和特性模拟电路见图3-4-6。 慢慢调节输入电压(即调节信号发生器B1单元的电位器,调节范围-5V~+5V),观测并记录示波器上的U0~U i图形。如下所示:

函数发生器产生的饱和特性 ①函数发生器的波形选择为‘饱和’特性;调节“设定电位器1”,使数码管左显示斜率为2;调节“设定电位器2”,使数码管右显示限幅值为3.7V。 慢慢调节输入电压(即调节信号发生器B1单元的电位器,调节范围-5V~+5V),观测并记录示波器上的U0~U i图形。波形如下: 。 3.3测量死区特性 模拟电路产生的死区特性 死区特性模拟电路见图3-4-7。 慢慢调节输入电压(即调节信号发生器B1单元的电位器,调节范围-5V~+5V),观测并记录示波器上的U0~U i图形。如下所示:

高中物理力学实验专题

高中力学实验专题 高中物理《考试说明》中确定的力学实验有:研究匀变速直线运动、探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律。其中有四个实验与纸带的处理有关,可见力学实验部分应以纸带的处理,打点计时器的应用为核心来展开复习。近几年力学实验中与纸带处理相关的实验、力学创新实验是高考的热点内容,以分组或演示实验为背景,考查对实验方法的领悟情况、灵活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势。要求考生掌握常规实验的数据处理方法,能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中,深刻理解物理概念和规律,并能灵活运用,要求考生有较强的创新能力。 在复习过程中,应以掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方法等为本,同时从常规实验中,有意识的、积极的提取、积累一些有价值的方法。逐步过渡到灵活运用学过的实验方法设计新的实验。 (一)打点计时器系列实验中纸带的处理 1.纸带的选取:一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带。在“验证机械能守恒定律”实验中还要求纸带包含第一、二点,并且第一、二两点距离接近2.0mm 。 2.根据纸带上点的密集程度选取计数点。打点计时器每打n 个点取一个计数点,则计数点时间间隔为n 个打点时间间隔,即T=0.02n (s )。一般取n =5,此时T=0.1s 。 3.测量计数点间距离。为了测量、计算的方便和减小偶然误差的考虑,测量距离时不要分段测量,尽可能一次测量完毕,即测量计数起点到其它各计数点的距离。如图所示,则由图可得: 1s S I =,12s s S II -=,23s s S III -=,34s s S IV -=,45s s S V -=,56s s S VI -=

《过程控制系统》实验报告

《过程控制系统》实验报告 学院:电气学院 专业:自动化 班级:1505 姓名及学号:任杰311508070822 日期:2018.6.3

实验一、单容水箱特性测试 一、 实验目的 1. 掌握单容水箱阶跃响应测试方法,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,用相关的方法确定被测对象的特征参数T 和传递函数。 二、 实验设备 1. THJ-FCS 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 图1 单容水箱特性测试结构图 由图 2-1 可知,对象的被控制量为水箱的液位 h ,控制量(输入量)是流入水箱中的流量 Q 1,手动阀 V 1 和 V 2 的开度都为定值,Q 2 为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系,在平衡状态时02010=-Q Q (式2-1),动态时,则有dt dV Q Q = -21,(式2-2)式中 V 为水箱的贮水容积,dt dV 为水贮存量的变化率,它与 h 的关

系为Adh dV =,即dt dh A dt dV =(式2-3),A 为水箱的底面积。把式(2-3)代入式(2-2)得dt dh A Q Q =-21(式2-4)基于S R h Q =2,S R 为阀2V 的液阻,(式2-4)可改写为dt dh A R h Q S =-1,1KQ h dt dh AR S =+或()()1s 1+=Ts K s Q H (式2-5)式中s AR T =它与水箱的底面积A 和2V 的S R 有关,(式2-5)为单容水箱的传递函数。若令()S R S Q 01=,常数=0R ,则式2-5可表示为()T S KR S R K S R T S T K S H 11/000+-=?+= 对上式取拉氏反变换得()()T t e KR t h /01--=(式2-6),当∞→t 时()0KR h =∞,因而有()0/R h K ∞==输出稳态值/阶跃输入,当T t =时,()() ()∞==-=-h KR e KR T h 632.0632.01010,式2-6表示一阶惯性响应曲线是一单调上升的指数函数如下图2-2所示 当由实验求得图 2-2 所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的 63%所对应的时间,就是水箱的时间常数 T 。该时间常数 T 也可以通过 坐标原点对响应曲线作切线,切线与稳态值交点所对应的时间就是 时间常数 T ,由响应曲线求得 K 和 T 后,就能求得单容水箱的传递函 数如式(2-5)所示。 如果对象的阶跃响应曲线为图 2-3,则在此曲线的拐点 D 处作一切线,它与时间轴交于 B 点,与响应稳态值的渐近线交于 A 点。图中OB 即为对象的滞后时间

高中物理力学实验专题汇总

实验一研究匀变速直线运动 考纲解读 1.练习正确使用打点计时器.2.会计算纸带上各点的瞬时速度.3.会利用纸带计算加速度.4.会用图象法探究小车速度与时间的关系,并能根据图象求加速度. 基本实验要求 1.实验器材 电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片. 2.实验步骤 (1)按照实验原理图所示实验装置,把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端,接好电源; (2)把一细绳系在小车上,细绳绕过滑轮,下端挂合适的钩码,纸带穿过打点计时器,固 定在小车后面; (3)把小车停靠在打点计时器处,接通电源,放开小车; (4)小车运动一段时间后,断开电源,取下纸带; (5)换纸带反复做三次,选择一条比较理想的纸带进行测量分析. 3.注意事项 (1)平行:纸带、细绳要和长木板平行. (2)两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源,后取纸带. (3)防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,防止钩码落地和小车与滑轮相撞. (4)减小误差:小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在 约50 cm的纸带上清楚地取出6~7个计数点为宜. 规律方法总结 1.数据处理

(1)目的 通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度,确定物体的运动性质等. (2)处理的方法 ①分析物体的运动性质——测量相邻计数点间的距离,计算相邻计数点距离之差,看其是否为常数,从而确定物体的运动性质. ②利用逐差法求解平均加速度 a 1=x 4-x 13T 2,a 2=x 5-x 23T 2,a 3=x 6-x 33T 2?a =a 1+a 2+a 33 ③利用平均速度求瞬时速度:v n =x n +x n +12T =d n +1-d n -1 2T ④利用速度—时间图象求加速度 a .作出速度—时间图象,通过图象的斜率求解物体的加速度; b .剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度. 2. 依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动 (1)x 1、x 2、x 3……x n 是相邻两计数点间的距离. (2)Δx 是两个连续相等的时间里的位移差:Δx 1=x 2-x 1,Δx 2=x 3-x 2…. (3)T 是相邻两计数点间的时间间隔:T =0.02n (打点计时器的频率为50 Hz ,n 为两计数点间计时点的间隔数). (4)Δx =aT 2,因为T 是恒量,做匀变速直线运动的小车的加速度a 也为恒量,所以Δx 必然是个恒量.这表明:只要小车做匀变速直线运动,它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等. 考点一 对实验操作步骤的考查 例1 在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中,某同学的操作步骤如下,其中错误的 步骤有________. A .拉住纸带,将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带,再接通电源 B .将打点计时器固定在平板上,并接好电源 C .把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面挂上合适的钩码 D .取下纸带,然后断开电源 E .将平板一端抬高,轻推小车,使小车能在平板上做加速运动 F .将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

过程控制仪表实验报告解析

成绩________ 过程控制仪表及装置 实验报告 班级:_______________________________________ 姓名:________________________________________ 学号:________________________________________ 指导老师:_____________________________________ 实验日期:_____________________________________

目录 实验一电容式差压变送器的校验 (2) 实验二热电阻温度变送器的校验 (5) 实验三模拟调节器开环校验 (8) 实验四模拟调节器闭环校验 (12) 实验五SLPC可编程调节器的编程设计与操作 (14) 实验六SLPC可编程调节器PID控制参数整定 (19)

实验一电容式差压变送器的校验 一、实验目的 1.了解并熟悉电容式差压变送器整体结构及各种部件的作用。 2.掌握电容式差压变送器的工作原理。 3.掌握电容式差压变送器的起点及终点调整、精度校验、迁移的调整方法。 二、实验项目 1.掌握气动定值器、标准电流表、标准压力表、标准电阻箱的使用方法。2.了解电容式差压变送器整体结构,熟悉各调节螺钉的位置和用途。 3.按照实验步骤进行仪表的起点、终点调整,进行精度、迁移校验。 三、实验设备与仪器 1.电容式差压变送器1台 2.标准电阻箱1个 3.气动定值器1个 4.标准电流表1台 5.标准压力表1个 6.大、小螺丝刀各1把 7.连接导线、气压导管若干 四、实验原理 实验接线如图2-1所示。 图2-1 电容式差压变送器校验接线图 五、实验说明及操作步骤

现代控制理论实验报告河南工业大学

河南工业大学 现代控制理论实验报告姓名:朱建勇 班级:自动1306 学号:201323020601

现代控制理论 实验报告 专业: 自动化 班级: 自动1306 姓名: 朱建勇 学号: 201323020601 成绩评定: 一、实验题目: 线性系统状态空间表达式的建立以及线性变换 二、实验目的 1. 掌握线性定常系统的状态空间表达式。学会在MATLAB 中建立状态空间模型的方法。 2. 掌握传递函数与状态空间表达式之间相互转换的方法。学会用MATLAB 实现不同模型之 间的相互转换。 3. 熟悉系统的连接。学会用MATLAB 确定整个系统的状态空间表达式和传递函数。 4. 掌握状态空间表达式的相似变换。掌握将状态空间表达式转换为对角标准型、约当标准 型、能控标准型和能观测标准型的方法。学会用MATLAB 进行线性变换。 三、实验仪器 个人笔记本电脑 Matlab R2014a 软件 四、实验内容 1. 已知系统的传递函数 (a) ) 3()1(4)(2++=s s s s G

(b) 3486)(22++++=s s s s s G

(c) 6 1161)(232+++++=z z z z z z G (1)建立系统的TF 或ZPK 模型。 (2)将给定传递函数用函数ss( )转换为状态空间表达式。再将得到的状态空间表达式用函 数tf( )转换为传递函数,并与原传递函数进行比较。 (3)将给定传递函数用函数jordants( )转换为对角标准型或约当标准型。再将得到的对角 标准型或约当标准型用函数tf( )转换为传递函数,并与原传递函数进行比较。 (4)将给定传递函数用函数ctrlts( )转换为能控标准型和能观测标准型。再将得到的能控标 准型和能观测标准型用函数tf( )转换为传递函数,并与原传递函数进行比较。

过程控制控实验报告

实验一 单容自衡水箱特性的测试 一、实验目的 1. a 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. A3000高级过程控制实验系统 2. 计算机及相关软件 三、实验原理 由图2.1可知,对象的被控制量为水箱的液位h ,控制量(输入量)是流入水箱中的流量Q 1,Q 2为流出水箱的流量。手动阀QV105和闸板QV116的开度(5~10毫米)都为定值。根据物料平衡关系,在平衡状态时: 0Q Q 2010=- (1) 动态时则有: dt dV Q Q 21=- (2) 式中V 为水箱的贮水容积,dt dV 为水贮存量的变化率,它与h 的关系为Adh dV =,即: dt dh A dt dV = (3) A 为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得: QV116 V104 V103 h ?h QV105 QV102 P102 LT103 LICA 103 FV101 M Q 1 Q 2 图2.1单容水箱特性测试结构图

图2.2 单容水箱的单调上升指数曲线 dt dh A =-21Q Q (4) 基于S 2R h Q =,R S 为闸板QV116的液阻,则上式可改写为dt dh A R h Q S =-1,即: 或写作: 1 )()(1+=TS K s Q s H (5) 式中T=AR S ,它与水箱的底积A 和V 2的R S 有关;K=R S 。式(5)就是单容水箱的传递函数。 若令S R s Q 01)(=,R 0=常数,则式(5)可改为: T S KR S R K S R T S T K s H 0011/)(0+-=?+= 对上式取拉氏反变换得: )e -(1KR h(t)t/T 0-= (6) 当∞→t 时0KR )h(=∞,因而有=∞=0R )h(K 阶跃输入 输出稳态值。当t=T 时,则)h(KR )e -(1KR h(T) 001∞===-0.6320.632。式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数,如图2.2所示。 当由实验求得图2.2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T 。该时间常数T 也可以通过坐标原点对响应曲线作切线,切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T ,由响应曲线求得K 和T 后,就能求得单容水箱的传递函数。 1KQ h dt dh AR S =+

现代控制理论实验报告

现代控制理论实验报告 组员: 院系:信息工程学院 专业: 指导老师: 年月日

实验1 系统的传递函数阵和状态空间表达式的转换 [实验要求] 应用MATLAB 对系统仿照[例]编程,求系统的A 、B 、C 、阵;然后再仿照[例]进行验证。并写出实验报告。 [实验目的] 1、学习多变量系统状态空间表达式的建立方法、了解系统状态空间表达式与传递函数相互转换的方法; 2、通过编程、上机调试,掌握多变量系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法。 [实验内容] 1 设系统的模型如式示。 p m n R y R u R x D Cx y Bu Ax x ∈∈∈?? ?+=+=& 其中A 为n ×n 维系数矩阵、B 为n ×m 维输入矩阵 C 为p ×n 维输出矩阵,D 为传递阵,一般情况下为0,只有n 和m 维数相同时,D=1。系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式示。 D B A SI C s den s num s G +-== -1)() () (()( 式中,)(s num 表示传递函数阵的分子阵,其维数是p ×m ;)(s den 表示传递函数阵的按s 降幂排列的分母。 2 实验步骤 ① 根据所给系统的传递函数或(A 、B 、C 阵),依据系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式,采用MATLA 的编程。注意:ss2tf 和tf2ss 是互为逆转换的指令; ② 在MATLA 界面下调试程序,并检查是否运行正确。 ③ [] 已知SISO 系统的状态空间表达式为,求系统的传递函数。

, 2010050010000100001 0432143 21u x x x x x x x x ? ? ??? ? ??????-+????????????????????????-=????????????&&&&[]??? ? ? ???????=43210001x x x x y 程序: A=[0 1 0 0;0 0 -1 0;0 0 0 1;0 0 5 0]; B=[0;1;0;-2]; C=[1 0 0 0]; D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,1) 程序运行结果: num = 0 den = 0 0 0 从程序运行结果得到:系统的传递函数为: 2 4253 )(s s s S G --= ④ [] 从系统的传递函数式求状态空间表达式。 程序: num =[0 0 1 0 -3]; den =[1 0 -5 0 0]; [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) 程序运行结果: A = 0 5 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0

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