第一组：一阶单容上水箱对象特性测试实验

实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验
一．实验目的
（1）成立单容水箱阶跃响应曲线。

（2）依照由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用作图的方式别离确信它们的参数（时刻常数T、放大系数K）。

二．实验设备
CS2000型进程操纵实验装置， PC机，DCS操纵系统与监控软件。

三、系统结构框图
单容水箱如图1-1所示：
Q2
图1-一、单容水箱系统结构图
四、实验原理
阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳固后，通过DCS操纵系统监控画面——调整画面，（调剂器或其他操作器），手动改变（调剂阀的开度）对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。

然后依照已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处置，确信模型中各参数。

五．实验内容步骤
1)对象的连接和检查：
(1)将CS2000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。

(2)打开以水泵、电动调剂阀、孔板流量计组成的动力支路（1#）至上水箱的出水阀门.关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。

(3)打开上水箱的出水阀至适当开度。

2)实验步骤
(1)打开操纵柜中水泵、电动调剂阀、24V电源的电源开关。

(2)打开DCS操纵柜的电源，打开电脑，启动DCS上位机监控软件，进入主画面，然后进入实验一画面“实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验”。

注满水箱打开出水阀打开阀门，连通电动调剂阀
关闭支路阀打开上水箱打开上水箱打开电源
进水阀出水阀
打开泵的开关打开调剂阀开关打开24V电源打开DCS操纵柜电源
(3)用鼠标点击调出PID窗体框，然后在“MV”栏中设定电动调剂阀一个适当开度。

（此实验必需在手动状态下进行）
（4）、观看系统的被调量：上水箱的水位是不是趋于平稳状态。

假设已平稳，应记录系统输出值，和水箱水位的高度h1和上位机的测量显示值。

（5）、迅速增加阀门开度，增加5%，记录此引发的阶跃响应的进程参数，它们都可在上位软件上取得。

以所取得的数据绘制转变曲线。

（6）、直到进入新的平稳状态。

再次记录平稳时的以下数据。

（7）、将系统输出值调回到步骤(5）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引发的阶跃响应进程参数与曲线。

（8）、重复上述实验步骤。

（9）、最后将数据整理好填入表格，依照数据作出对应曲线并求出相关参数。

六、实验报告要求
（1）作出一阶环节的阶跃响应曲线。

（2）依如实验原理中所述的方式，求出一阶环节的相关参数。

t
（秒）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 水箱水位
h
1
(cm)
10.40 10.50 10.70 10.85 11.00 11.20 11.30 11.50 11.60 11.70 11.90 12.00
上位机读数
(cm)
26.20 26.50 26.80 27.00 27.30 27.60 27.80 28.00 28.20 28.40 28.70 28.90 t（秒）120 130 140 150 160
水箱水位
h
1
(cm)
12.25 12.45 12.55 12.61 12.75
上位机读数
(cm)
29.10 29.20 29.30 29.60 29.60
DCS系统手动
给定值
水箱水位高度h1 上位机显示值
根据图解法得出时
间常数为T=100s，
放大系数为
K=0.034。

阀门开度
0~100 cm
cm 25
17.68
37.80
t （秒） 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
水箱水位h 1(cm) 13.00 13.30 13.60 14.00 14.30 14.59 14.80 15.15 15.40 15.65 15.85 16.10
上位机读数(cm) 30.30 30.80 31.20 31.80 32.20 32.80 33.30 33.60 34.10 34.50 34.80 35.20 t （秒） 120
130
140
150
160
170
180
190
200
水箱水位h 1(cm) 16.30 16.60 16.75 16.95 17.10 17.35 17.50 17.65 17.68
上位机读数(cm)
35.60 35.90 36.20 36.60 36.90 37.10 37.50 37.70 37.80
根据图解法得出时间常数为T=110s ，放大系数为K=0.068。

七、注意事项
（1）本实验进程中，出水阀不得任意改变开度大小。

（2）阶跃信号不能取得太大，以避免阻碍正常运行；但也不能过小，以避免因读数误差和其他随机干扰阻碍对象特性参数的精准度。

一样阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。

(3)在输入阶跃信号前，进程必需处于平稳状态。

八、试探题
（1）在做本实验时，什么缘故不能任意转变上水箱出水阀的开度大小？
答：因为T为水箱的时刻常数，T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数， R2为V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。

当改变水箱出水阀的开度大小时，R2会改变，那么G(s)也会改变，那样的话就可不能测出G(s)中的参数了，因为每次都不一样。

(2)用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点?
答：两点法：从理论上来讲两点就能够够确信参数，可是在实际测量中，测量点老是在基准线周围不断地波动，如此极可能会造成测量的不准确，可是两点法只需要测两个点的数据，相对切线法来讲简单多了。

切线法：和两点法相较，切线法随机性小一点，能够近似地测量和计算出对象的特性参数，可是切线法需要侧大量的数据，用来近似地刻画出对象的特性曲线。