【正文】 按生產(chǎn)工藝要求，被控對象有關(guān)控制參數(shù)通過自動控制以獲得可靠信號，依靠傳感器和變送器完成。輸出的就是被控量的測定值Z，送到控制器中。3）控制器傳感器或變送器輸出信號符合工藝要求，則控制器的輸出不變，反之，將輸出控制信號對系統(tǒng)進(jìn)行控制。傳感器或變送器的測量值Z反饋到輸入端和設(shè)定值r比較，從而得到了一個(gè)偏差值e,根據(jù)控制算法進(jìn)行運(yùn)算，輸出一個(gè)相對應(yīng)的控制信號u去推動執(zhí)行器。4）執(zhí)行器執(zhí)行器接收控制器的控制信號u經(jīng)變換或放大后，推動控制閥5）控制器輸出u，經(jīng)執(zhí)行器驅(qū)動控制閥，改變輸入對象的操縱量q，使被控量受到控制。4．選擇被控對象的被控量，設(shè)計(jì)其單回路控制線路連接圖實(shí)驗(yàn)二 單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測試對象特性的求取方法通常有二種：一種是從工藝過程的變化機(jī)理出發(fā)，寫出各種有關(guān)的平衡方程(如物料平衡方程、能量平衡方程等)，進(jìn)而推導(dǎo)出被控對象的數(shù)學(xué)模型，得出其特性參數(shù)，再結(jié)合實(shí)際進(jìn)行理論分析，這就是數(shù)學(xué)方法；另一種是通過對被控對象的實(shí)驗(yàn)測試求出其特性參數(shù)，即實(shí)驗(yàn)飛升曲線測定法。由于此法較簡單，因而在過程控制中得到了廣泛地應(yīng)用。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諉稳菟涞碾A躍響應(yīng)的測試方法，并記錄相應(yīng)液位的響應(yīng)曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的階躍響應(yīng)曲線，用相應(yīng)的方法確定被測對象特征參數(shù)K,T和傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理對象的被控制量為上（中、下）水箱的液位H,控制量（輸入量）為上（中、下）水箱進(jìn)水閥流量Q1，上（中、下）水箱出水閥輸出量為Q2，改變進(jìn)水閥和出水閥的開度可以改變QQ2的大小。根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系（1） 式中V水箱內(nèi)水的貯水容積；dV/dt水貯存量的變化率。設(shè)水箱的橫截面積為A，而A是一個(gè)常數(shù)，則因?yàn)樗裕?）在靜態(tài)時(shí)，dV/dt=0，Q1=Q2,當(dāng)Q1發(fā)生變化時(shí)，液位H將隨之變化，水槽出水口的液壓也變化，流出量Q2也發(fā)生變化。假設(shè)變化量很小，可近似認(rèn)為。Rs為閥V2的水阻，則（1）式可改寫為即或?qū)懽鳎?）式中T=ARs，K=Rs式（4）為單容水箱的傳遞函數(shù)。若令，H1為剛開始的穩(wěn)態(tài)值，則式（4）可改寫為對上式取拉氏逆變換得 （5）當(dāng)時(shí)，因而有輸出穩(wěn)態(tài)值／階躍輸入當(dāng)時(shí)，則有（5）表示，一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)。當(dāng)由實(shí)驗(yàn)得圖2－1所示的階躍響應(yīng)曲線后，%所對應(yīng)的時(shí)間，就是水箱的時(shí)間常數(shù)T。由響應(yīng)曲線求得K和T后，就能求出單容水箱的傳遞函數(shù)。所得的傳遞函數(shù)為：三、實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)線路并接好，適當(dāng)打開閥門。開啟總電源和相關(guān)儀表的電源。上電后，啟動計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。設(shè)置調(diào)節(jié)器為手動操作狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)器增/減的操作改變輸出量的大小，使水箱的液位最終處于某一平衡位置。待液位處于穩(wěn)定后，手動操作調(diào)節(jié)器，使其輸出有一個(gè)正（或負(fù)）階躍增量的變化（此增量不宜過大，以免水箱中水溢出），經(jīng)過一段時(shí)間后，水箱的液位進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。記下水箱液位的歷史曲線和階躍響應(yīng)曲線。四、思考題做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意改變出水閥開度的大??？答：因?yàn)槿绻婚_始進(jìn)水閥的開度出水閥的開度，那么系統(tǒng)永遠(yuǎn)無法達(dá)到平衡。同時(shí)出水閥也決定了液位達(dá)到設(shè)定值所需時(shí)間的長短，所以記錄數(shù)據(jù)前，應(yīng)先調(diào)好出水閥開度的大小，才能快速達(dá)到平衡。任意改變出水閥開度大小會對響應(yīng)曲線造成干擾，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差變大。用響應(yīng)曲線法確定對象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，其精度與哪些因素有關(guān)？答：因?yàn)橄到y(tǒng)用到了儀表，因此與儀表的精度有關(guān)，同時(shí)與出水閥開度的大小有關(guān)。并和放大系數(shù)K、時(shí)間常數(shù)T以及純滯后時(shí)間有關(guān)。由結(jié)構(gòu)判斷本實(shí)驗(yàn)對象是否有自平衡能力？是否與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致？答：有自平衡能力。五．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 圖1單容水箱單調(diào)上升指數(shù)曲線 圖2 單容水箱特性的測試實(shí)時(shí)曲線通過實(shí)驗(yàn)所獲得的特性曲線，圖1為單容水箱單調(diào)上升指數(shù)曲線，當(dāng)輸入一個(gè)控制量為35時(shí)，水流通過水閥向水箱進(jìn)水，由于單容水箱實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型為一階慣性環(huán)節(jié)，因此所得的曲線為單調(diào)上升曲線，經(jīng)過一段時(shí)間之后被控制量達(dá)到接近控制量的穩(wěn)定值。圖2為在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，通過調(diào)節(jié)器輸入一個(gè)階躍變化，則系統(tǒng)又進(jìn)過一段時(shí)間后達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，因此產(chǎn)生如圖所示的曲線變化。實(shí)驗(yàn)三 雙容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉雙容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階越響應(yīng)曲線2．根據(jù)實(shí)際測得雙容水箱液位的階越響應(yīng)曲線，確定其傳遞函數(shù)二、實(shí)驗(yàn)原理被控對象有兩個(gè)水箱串聯(lián)鏈接，股稱其為雙容系統(tǒng)。被控制量為下水箱的液位，顯然，多了一個(gè)水箱，響應(yīng)時(shí)間就滯后。由S型曲線的拐點(diǎn)P出做一切線，它與時(shí)間軸的交點(diǎn)為A，OA表示對象相應(yīng)的滯后時(shí)間。至于雙容對象兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常熟可按下述方法來確定。：（1）=曲線上的電Bhe對應(yīng)的時(shí)間（2）時(shí)曲線上的點(diǎn)C對應(yīng)的時(shí)間然后，利用下面的近似公式計(jì)算式 由上述兩式求出和，于是得雙容（二階）對象的傳遞函數(shù)：三、實(shí)驗(yàn)步驟1．接好實(shí)驗(yàn)線路。2．開啟總電源和相關(guān)儀表的電源3．商店后，啟動計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。4．先把調(diào)節(jié)器設(shè)置與手動狀態(tài)，按調(diào)節(jié)器的增減，改變其輸出值，是下水想的液位處于某一平衡未知。突增/突減調(diào)節(jié)器的手動輸出量，使下水箱的液位由原平衡位置開始變化，經(jīng)過一段時(shí)間后，液位進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。5．用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄的歷史曲線和在階躍擾動后的響應(yīng)曲線。6．把計(jì)算機(jī)作用的實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行分析處理，并把結(jié)果填表入下表中四、思考題1．引起雙容對象滯后的特性是什么？答：由于多了一個(gè)容積，水位差h2表現(xiàn)出來的響應(yīng)特性就不同于單容水箱，響應(yīng)過程在時(shí)間上落后了一步，存在管道上的滯后，干擾引起的傳感器反饋信號上的滯后。這段滯后時(shí)間主要是對象容量增加和容積之間存在阻力所造成的。2．由結(jié)構(gòu)判斷本實(shí)驗(yàn)對象是否有自平衡能力？是否與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致？答：本實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)中的負(fù)載閥可根據(jù)液壓的大小來自動調(diào)節(jié)液體流出量，最終使水的流入量與流出量相等，所以本實(shí)驗(yàn)對象具有自平衡能力。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有差異。五．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖1