实验指导说明

实验一单容水箱特性测试实验

一、实验目的

1.熟悉单容水箱的数学模型，掌握单容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法； 2..根据实验测得的液位阶跃响应曲线，确定其特征参数K、T、?及传递函数。

二、实验设备及参考资料

1、PCS过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、AI818智能调节仪一台、上水箱及液位变送器、水泵1系统等）

2、AI-818仪表的操作说明书，智能电动调节阀使用手册和液位变送器的调试（一般出厂之前已调试好）方法。

三、实验原理

阶跃响应测试法是被控对象在开环运行状态下，待工况稳定后，通过控制器手动操作改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据和阶跃响应曲线。然后根据跟定对象模型的形式，对实验数据进行合理的处理，确定模型中的相关参数。

具有自衡能力的单容水箱示意图如图2.1所示。

V1Q1?hhV2Q2

图2.1 具有自衡能力的单容水箱示意图

根据物料平衡方程，可得出单容液位过程的传递函数为

H(s)K?（2.1） Q1(s)Ts?1考虑到对象的滞后时间，则单容液位过程的传递函数可用式（2.2）表示

H(s)K?e??s（2.2） Q1(s)Ts?1通过实验的方法，可以测得一阶系统的阶跃响应模型。 实验方法如下：

u(t)u1u0th(t)y?py0?T0T1TtT2T3

图2.2 具有纯滞后的一阶惯性对象的S型阶跃响应曲线

1．手动改变控制器的输出信号u(k)，观察被控变量h(k)的变化过程。 2．由阶跃响应曲线计算被测对象的特征参数 对象的近似模型：

h(s)K?e??s（2.3） u(s)Ts?1由图2.2可得，稳态增益K为：

K?y??y0（2.4）

u1?u0纯滞后时间?与时间常数T分别为：

??T1?T0（2.5）

T?T2?T1（2.6） 四、实验内容与步骤

1．了解实验装置中的对象，流程图如图2.3所示。

1V1 HT 上水箱1 V4 电动阀 计算机 下水箱 V6 增压泵 1V10 储水箱

图2.3 上水箱单容特性测试实验流程图

2．按图2.4接好实验导线和通讯线。

图2.4 上水箱单容特性测试实验接线图

3．将控制台背面的通讯口与上位机连接。

4、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开仪表电源。

5长按2秒第一个按键，进入编辑状态，然后设置参数

CtrL=1; Run=0;

6．设置阀门开度值，使上水箱液位处于某一平衡位置，记下此时的阀门开度值和电流值。

7．增大阀门开度值，使系统输入幅值适宜的阶跃信号（阶跃信号不要太大，估计上水箱水不要溢出），这时系统输出也有一个变化的信号，使系统在较高液位也能达到平衡状态。记下此时的电流值。

8．观察水箱的液位高度，并且记录液位的高度和对应的时间，直至达到新的平衡为止。

9．将阀门开度设置回原来的值，记录一条液位下降的曲线。

10．曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表中。

五、实验报告要求

1. 画出单容水箱液位特性测试实验的结构框图。

2. 根据实验得到的数据及曲线，分析并计算出单容水箱液位对象的参数及传递函数。 六、思考题

1. 做本实验时，为什么不能任意改变出水阀V4开度的大小？ 2. 用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？

七、水箱液位高度和对应时间表

高度 时间 P I D 高度 时间 P I D

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