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1、实用标准文案实验一、单容水箱特性的测试一、实验目的1.掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，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-2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2-1单容水箱特性测试结构图精彩文档实用标准文案由图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Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时Q1-Q2=0(1)动态时，则有Q1-Q
2、2=dv/dt(2)式中V为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与H的关系为dV=Adh,即dV/dt=Adh/dt(3)A为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得Q1-Q2=Adh/dt(4)基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为Q1-h/RS=Adh/dt即ARsdh/dt+h=KQ1或写作H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1)(5)式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。精彩文档实用标准文案式(5)就是单容水箱的传递函数。对上式取拉氏反变换得(6)当t—>∞时,h(∞)=KR0,因而有K=h(∞)/
3、R0=输出稳态值/阶跃输入当t=T时，则有h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)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,由响精彩文档实用标准文案应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。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
4、A点。图中OB即为对象的滞后时间τ,BC为对象的时间常数T,所得的传递函数为：四、实验内容与步骤1．按图2-1接好实验线路,并把阀V1和V2开至某一开度,且使V1的开度大于V2的开度。2．接通总电源和相关的仪表电源,并启动磁力驱动泵。3．把调节器设置于手动操作位置，通过调节器增/减的操作改变其输出量的大小，使水箱的液位处于某一平衡位置。4．手动操作调节器，使其输出有一个正(或负)阶跃增量的变化(此增量不宜过大,以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过一定的调节时间后，水箱的液位进入新的平衡状态，如图2-4所示。精彩文档实用标准文案5．启动
5、计算机记下水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线。正向输入曲线精彩文档实用标准文案负向输入曲线精彩文档实用标准文案6．实验数据计算（1）、正向输入:T=t12-t1=1：53：55-1:52:18=1:37=97(s)h(∞)=h2(∞)-h1(∞)=74.71mm-26.81mm=49.7mmR0=Q2-Q1=459.8L/h-397.9L/h=61.9L/hK=h(∞)/R0=49.7/61.9=0.8029H（S）=×=K-==-精彩文档实用标准文案（2）、负向输入:T=t23-t2=1:57:24-1:56:06=1:18=78(s)h(∞)=h2(∞
6、)-h3(∞)=74.71mm-37.44mm=37.27mmR0=Q2-Q1=459.8L/h-388.0L/h=71.8L/hK=h(∞)/R0=37.27/71.8=0.5191H（S）=×=K-==-7．实验曲线所得的结果填入下表。参数值测量值放大系数K周期T正阶跃输入0.802997(s)负阶跃输入0.519178(s)平均值0.661087.5五、思考题1.在实验进行过程中，为什么不能任意改变出水口阀开度的大小？答：因为在实验过程中，任意改变出水口阀开度会影响出水流量的大小。在入水量不变的情况下，这样会使实验记录的数据和图形与实际相差较远。精
7、彩文档实用标准文案2.用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与哪些因素有关？答：因为系统用到了仪表，因此与仪表的精度有关，同时与出水阀开度的大小有关。并和放大系数K、时间常数T以及纯滞后时间有关。另外，也会受实验室电压的波动与测试软件的影响。3.如果采用中水箱做实验，其响应曲线与上水箱的曲线有什么异同？试分析差异原因。答：若采用中水箱做实验，它的响应曲线要比上水箱变化的慢。原因：因为中水箱的回路比上水箱的回路要长，上升相同的液位高度，中水箱要更长的时间。精彩文档实用标准文案实验三、上水箱液位PID整定实验一、实验目的1.根据实验数据和曲线,分析系统在阶
8、跃扰动作用下的动、静态性能。2.比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。3.分
