双容水箱液位静动态特性测试(实验一)

[汇总]THPFSY-2型双容水箱液位对象系统实验指导书（西门子）

THPFSY-1型双容水箱液位对象系统为了保证实验的正确性和精确性，在实验前要对实物模型的液位与输出电流的线性关系进行调节，以便得到更为精确的实验结果。

把液压传感器后盖打开，用一字螺丝刀分别调节Z、S电位器（Z：调零；S：增益），使左右水箱各自液位与相对应的LT1、LT2输出电流的线性关系均如下图所示：实验一单容自衡水箱液位特性测试实验一、实验目的1．掌握单容水箱的阶跃响应测试方法，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．THPFSY-2型双容水箱液位对象系统一台2．装有STEP7-Micro/WIN 32编程软件的电脑一台3．西门子S7-200系列PLC一台（附带EM235模块）4．PC/PPI下载电缆一根5．实验导线若干三、实验原理所谓单容指只有一个贮蓄容器。

自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。

下图所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。

设被控水箱流入量为Q 1，改变电动调节阀V 1的开度F1-1可以改变Q 1的大小，被控水箱的流出量为Q 4，改变出水阀F1-3的开度可以改变Q 4。

液位h 的变化反映了Q 1与Q 4不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。

若将Q 1作为被控过程的输入变量，h 为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h 与Q 1之间的数学表达式。

根据动态物料平衡关系有Q 1-Q 4=A dtdh(1-1)将式(2-1)表示为增量形式ΔQ 1-ΔQ 4=A dthd ∆ (1-2)式中：ΔQ 1，ΔQ 4，Δh ——分别为偏离某一平衡状态的增量；A ——水箱截面积。

在平衡时，Q 1=Q 4，dtdh＝0；当Q 1发生变化时，液位h 随之变化，水箱出口处的静压也随之变化，Q 4也发生变化。

由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h 与流量之间为非线性关系。

双容水箱液位定值控制系统实验

双容水箱液位定值控制系统实验双容水箱液位定值控制系统一、实验目的1( 通过实验，进一步了解双容对象的特性。

2( 掌握调节器参数的整定与投运方法。

3( 研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。

二、实验设备1( THJ-2型高级过程控制系统装置。

2( 计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根3( 万用表一只三、实验原理本实验系统以中水箱与下水箱为被控对象，下水箱的液位高度为系统的被图6-1 双容液位定值控制系统结构图控制量。

基于系统的给定量是一定值，要求被控制量在稳态时等于给定量所要求的值，所以调节器的控制规律为PI或PID。

本系统的执行元件既可采用电动调节阀，也可用变频调速磁力泵。

如果采用电动调节阀作执行元件，则变频调速磁图6-2 双容液位定值控制系统方框图力泵支路中的手控阀F2-4或F2-5打开时可分别作为中水箱或下水箱的扰动。

图6-1为实验系统的结构图，图6-2为控制系统的方框图。

四、实验内容与步骤1( 图6-1所示，完成实验系统的接线。

2( 接通总电源和相关仪表的电源。

3( 打开阀F1-1、 F1-2、F1-7、F1-10和F1-11，且使F1-10的开度大于F1-11的开度。

4( 用实验四(上册)中所述的临界比例度法或4:1衰减振荡法整定调节器的相关参数。

5( 设置系统的给定值后，用手动操作调节器的输出，控制电动调节阀给中水箱打水，待中水箱液位基本稳定不变且下水箱的液位等于给定值时，把调节器切换为自动，使系统投入自动运行状态。

6( 启动计算机，运行MCGS组态软件软件，并进行下列实验:1)当系统稳定运行后，突加阶跃(给定量增加5%,15%)，观察并记录系统的输出响应曲线。

2)待系统进入稳态后，启运变频器调速的磁力泵支路，分别适量改变阀F2-4或阀F2-5的开度(加扰动)，观察并记录被控制量液位的变化过程。

7.通过反复多次调节PI的参数，使系统具有较满意的动态性能指标。

双容水箱实验报告

一、实验目的1. 了解双容水箱液位控制系统的基本原理和组成。

2. 掌握双容水箱液位控制系统的建模、仿真和实验方法。

3. 学习PID控制算法在双容水箱液位控制系统中的应用。

4. 分析不同控制策略对系统性能的影响，优化控制参数。

二、实验设备1. 双容水箱系统：包括两个水箱、阀门、传感器、执行器等。

2. 控制器：采用PID控制器进行液位控制。

3. 电脑：用于数据采集、仿真和参数调整。

4. MATLAB软件：用于系统建模、仿真和数据分析。

三、实验原理双容水箱液位控制系统主要由水箱、传感器、执行器和控制器组成。

系统的工作原理如下：1. 传感器检测水箱液位，并将液位信号传输给控制器。

2. 控制器根据预设的液位设定值和当前液位值，计算出控制信号。

3. 执行器根据控制信号调整阀门开度，控制进水流量和出水流量。

4. 通过调节进水流量和出水流量，使水箱液位保持在设定值附近。

四、实验步骤1. 系统建模：根据实验设备，建立双容水箱液位控制系统的数学模型。

模型包括水箱的液位方程、进水流量方程和出水流量方程。

2. 系统仿真：在MATLAB中，根据建立的数学模型进行系统仿真。

仿真过程中，调整PID控制器的参数，观察不同参数对系统性能的影响。

3. 实验验证：将PID控制器连接到实际双容水箱系统，进行实验验证。

通过改变液位设定值，观察系统响应和稳定性。

4. 参数优化：根据实验结果，调整PID控制器的参数，使系统性能达到最优。

五、实验结果与分析1. 系统仿真结果：在MATLAB中，通过仿真实验，观察到不同PID控制器参数对系统性能的影响。

结果表明，参数的合理选择对系统性能有显著影响。

2. 实验验证结果：将PID控制器连接到实际双容水箱系统，进行实验验证。

实验结果显示，系统响应速度快，稳定性好，能够有效控制水箱液位。

3. 参数优化结果：根据实验结果，对PID控制器的参数进行优化。

优化后的参数能够使系统在较短时间内达到稳定状态，并保持较高的响应速度。

双容水箱液位数学模型的测定试验

双容水箱液位数学模型的测定实验一、实验目的1、获得双容水箱液位数学模型。

二、实验设备A3000-FS/FBS 常规现场系统，任意控制系统。

三、实验原理与介绍1、系统介绍水流入量Qi 由调节阀u 控制，流出量Qo 则由用户通过闸板开度来改变。

被调量为下水箱水位H 。

分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。

直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。

(可以通过智能调节仪手动给定，或者AO 模块直接输出电流。

)调整水箱出口到一定的开度。

突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。

逻辑结构如图4-3所示。

通过物料平衡推导出的公式：0,122111=-+=+rH H dtdH T R k H dt dH T u μ，图4-3双容水箱液位数学模型的测定实验其中R1、R2为线性化水阻。

212212122111,,R R R r R R R R F T R F T +=+==。

那么： μμ122212221)(R rk H T dt dH T T dtH d T T =+++。

4、参考结果双容水箱水位阶跃响应曲线，如图4-5所示：图4-5 双容水箱液位飞升特性平衡时液位测量高度215 mm ，实际高度215 mm -3.5 mm =211.5mm 。

对比单容实验，双容系统上升时间长，明显慢多了。

但是在上升末端，还是具有近似于指数上升的特点。

按照理论有一个拐点。

四、实验要求1、要求使用不同的给定值获得不同的曲线。

2、给出双容水箱液位数学模型。

五、实验内容与步骤1、在A3000-FS上，将手动调节阀JV205、JV201完全打开，并使中水箱、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。

2、在A3000-CS上，将下水箱液位(LT103)连到内给定调节仪输入端，调节仪输出端连到电动调节阀(FV101)控制信号端。

3、打开A3000电源，调节阀(FV101)通电。

4、在A3000-FS上，启动右边水泵，给中水箱注水。

双容水箱液位定值控制系统实验报告

双容水箱液位定值控制系统实验报告实验目的：通过搭建双容水箱液位定值控制系统，了解液位控制的基本原理和方法，掌握PID控制器在液位控制中的应用。

实验器材：1.液位控制综合实验台2.电子积分器PID控制器3.水泵4.液位传感器5.两个水箱6.电压表和电流表实验步骤：1.将两个水箱放在实验台上，一个用作上升水箱，一个用作下降水箱。

2.将水泵安装在上升水箱中，并通过输水管连接两个水箱。

3.将液位传感器安装在上升水箱和下降水箱中，并将其连接到电子积分器PID控制器。

4.将电子积分器PID控制器连接到电源，并连接电压表和电流表来监测相应的电压和电流。

5.打开水源，使用电子积分器PID控制器调节水泵的运行方式和水泵的转速。

6.观察液位传感器的反馈信号，并根据反馈信号调整PID控制器的参数，使得液位保持在设定值附近。

7.记录不同设定值下液位的控制效果，并分析数据。

8.关闭水源，停止实验。

实验结果：根据实验数据，可以观察到双容水箱液位控制系统的控制效果。

当设定值改变时，PID控制器能够调整水泵的运行方式和水泵的转速，以使得液位保持在设定值附近。

实验结果表明，在合适的PID控制器参数设置下，液位的稳定性和控制精度较高。

实验分析：在双容水箱液位定值控制系统中，PID控制器起到了关键作用。

P项（比例项）根据液位的偏差来调节水泵的转速，I项（积分项）根据液位的积累偏差来调整水泵的运行方式，D项（微分项）根据液位的变化速度来预测液位的变化趋势。

通过PID控制器的联合作用，可以实现对液位的稳定控制。

从实验结果分析可以看出，PID控制器的参数设置非常重要。

当P参数过大或过小时，会导致液位振荡或调节速度缓慢；当I参数过大或过小时，会导致液位超调或稳态误差；当D参数过大时，系统可能产生过冲。

因此，需要根据具体的系统要求和实验条件来合理设置PID控制器的参数。

结论：通过搭建双容水箱液位定值控制系统，并对其进行实验研究，我们可以了解液位控制的基本原理和方法，掌握PID控制器在液位控制中的应用。

实验1 二阶双容中水箱对象特性测试实验

实验1 二阶双容中水箱对象特性测试实验一、实验目的1、熟悉双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线；2、根据由实际测得的双容液位阶跃响应曲线，分析双容系统的飞升特性。

二、实验设备AE2000B 型过程控制实验装置、实验连接线图1 双容水箱系统结构图三、原理说明如图1所示：这是由两个一阶非周期惯性环节串联起来，被调量是第二水槽的水位h 2。

当输入量有一个阶跃增加∆Q 1时，被调量变化的反应曲线如图2所示的∆h 2曲线。

它不再是简单的指数曲线，而是呈S 形的一条曲线。

由于多了一个容器，就使调节对象的飞升特性在时间上更加落后一步。

在图中S 形曲线的拐点P 上作切线，它在时间轴上截出一段时间OA 。

这段时间可以近似地衡量由于多了一个容量而使飞升过程向后推迟的程度，因此称容量滞后，通常以τC 代表之。

设流量Q 1为双容水箱的输入量，下水箱的液位高度h 2为输出量，根据物料动态平衡关系，并考虑到液体传输过程中的时延，其传递函数为：2112()()* ()(*1)(*1)sH S K G S Q S T S T S e τ-==++图2 变化曲线式中K=R3，T1=R2C1，T2=R3C2，R2、R3分别为阀V2和V3的液阻，C1和C2分别为上水箱和下水箱的容量系数。

由式中的K、T1和T2须从由实验求得的阶跃响应曲线上求出。

具体的做法是在图3所示的阶跃响应曲线上取：1）h2（t）稳态值的渐近线h2(∞)；2）h2（t）|t=t1=0.4 h2(∞)时曲线上的点A和对应的时间t1；3）h2（t）|t=t2=0.8 h2(∞)时曲线上的点B和对应的时间t2。

然后，利用下面的近似公式计算式2-1中的参数K、T1和T2。

其中：2()KOhR∞==输入稳态值阶跃输入量图3 阶跃响应曲线4）1212t tT T2.16++≈对于式（2-1）所示的二阶过程，0.32〈t1/t2〈0.46。

当t1/t2=0.32时，为一阶环节；当t1/t2=0.46h0.40.82hh1h222时，过程的传递函数G(S)=K/(TS+1)2（此时T 1=T 2=T=(t 1+t 2)/2* 2.18 ）5）1212122T T (1.740.55) (T T )t t ≈-+四、实验步骤1、设备的连接和检查：1）打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀；2）将下水箱的出水阀开至适当开度； 3）检查电源开关是否关闭。

双容自衡水箱液位特性的测试实验报告

XXXX大学
电子信息工程学院
专业硕士学位研究生综合实验报告
实验名称：双容自衡水箱液位特性的测试专业：控制工程
姓名
学号：
指导教师：
完成时间：
图1 双容水箱对象特性测试系统
(a)结构图(b)方框图
图2 双容水箱液位的阶跃响应曲线
然后，利用下面的近似公式计算式求得
阶跃输入量
输入稳态值=∞=O h x )(K 2
图3 双容水箱液位阶跃响应曲线
．根据前面记录的液位和仪表输出值，按公式
中的实验曲线求得T1、T2值，写出对象的传递函数。

图4 双容水箱液位的阶跃响应曲线
结果分析：
由测得特性曲线得：
4.29)=∞；
76.112=∞)(H ，由图可得s t 261=；
52232.)(H =∞，由图可得s t 572=；
6=OA 。

％阀门开度对应给定电流信号4.10x 0=
83.24
104292==∞=..x )(h O 4.3816
25726162212=+=+≈+..t t T 2405507412
122121.).t t .()T T T =-≈+。

二容水箱液位控制实验

二容水箱液位控制实验实验项目性质：验证性所属课程名称：过程装备与控制技术及应用计划学时：2学时实验一液位传感器标定实验一、实验目的了解传感器标定的基本概念，认识液位标定在系统控制中的作用。

二、实验原理本实验系统采用1000系列通用静压式液位传感器。

其基本原理是利用压阻效应，当被测压力作用于传感器芯体的敏感区域时，在恒流源或恒压源供电的情况下，传感器输出端会产生相应的电压信号输出，输出信号与所加压力成线性关系。

下面是压力传感器连接原理图：在实际使用中，由于传感器的零点与系统刻度的零点不同，以及由于传感器本身制造，水箱刻度制作及其它系统误差，一般需要对传感器进行标定。

在本实验中，传感器本身的线性度较好。

三、实验设备(1) 具有串口通讯（通过转接方式也可以）接口的计算机，Windows系统环境(2) DRMC-B运动控制采集卡(3) 多变量液位控制对象(4) 多变量液位控制系统实验软件四、实验步骤(1) 确保水箱有足够的纯净水，打开水箱电控箱开关。

(2) 运行水箱实验软件，确保软件设备端口正确，设置好AD/DA通道等参数（一般出厂已经设置好；德普施运动控制卡”的“最小采集周期”和” 采样频率”为：1000、5000）。

(3) 关闭各排水阀及各个水柱之间的耦合阀。

(4) 在实验软件的系统设置中，将“液位标定参数”的参数”设置为a=1，b=0。

(5) 手动拖动“控制量”状态条，直接控制直流电磁泵，向各个水柱注水，直到液位升至最高（参见软件使用说明），然后停止输入控制量（手动拖动“控制量”状态条至最左边），关闭直流电磁泵。

(6) 对各水柱，分别进行标定：调节水柱的出水阀，使液位处于不同高度，记录液位在水柱刻度上的读数和在实验软件中的读数。

至少记录两组数据。

注意：必须要保持液位稳定后，才能记录数据。

(7) 将得到的两组数据分别代入data=AD_data * a + b中。

解方程求出a和b值。

其中data表示实际刻度读数，AD_data表示从软件中得到的读数(8) 将计算的a.b值输入软件中。

双容自衡水箱液位特性的测试实验报告

XXXX大学电子信息工程学院专业硕士学位研究生综合实验报告实验名称：双容自衡水箱液位特性的测试专业：控制工程姓名学号：指导教师：完成时间：实验名称：双容水箱特性的测试实验目的：1．掌握双容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法；2．根据由实验测得双容液位的阶跃响应曲线，确定其特征参数K、T1、T2及传递函数；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

实验仪器设备：1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、SA-13挂件一个、SA-14挂件一个、计算机一台（DCS需两台计算机）、万用表一个；2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；3．SA-21挂件一个、SA-22挂件一个、SA-23挂件一个；4．SA-31挂件一个、SA-32挂件一个、SA-33挂件一个、主控单元一个、数据交换器两个，网线四根；5．SA-41挂件一个、CP5611专用网卡及网线；6．SA-42挂件一个、PC/PPI通讯电缆一根。

实验原理：所谓单容指只有一个贮蓄容器。

自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠自身重新恢复平衡的过程。

图1所示为双容自衡水箱特性测试结构图及方框图。

阀门F1-1、F1-2和F1-11全开，设下水箱流入量为Q1，改变电动调节阀V1的开度可以改变Q1的大小，下水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q2。

液位h的变化反映了Q 1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。

若将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式。

图1 双容水箱对象特性测试系统(a)结构图 (b)方框图方案设计及参数计算：双容水箱的数学模型可用一个二阶加时滞环节来描述。

双容对象两个惯性环节的时间常数可按下述方法来确定。

在图2所示的阶跃响应曲线上求取：(1))(h.thtt∞==224)(1时曲线上的点B和对应的时间t1；(2))(h.thtt∞==2282）（时曲线上的点C和对应的时间t2。

双容水箱动态特性测试

“过程控制系统设计”实物实验报告实验名称：双容水箱对象特性测试及PID 控制实验姓名：学号：班级：指导老师：同组人：实验时间：2013 年5 月30 日一、实验目的1、了解双容对象的动态特性及其数学模型2、熟悉双容对象动态特性的实验测定法原理3、掌握双容水箱特性的测定方法4、学习双容水箱液位 PID 控制系统的组成和原理5、熟悉 PID 的调节规律6、掌握 PID 控制器参数的整定方法二、实验设计（画出“系统方框图”和“设备连接图”）控制系统1、双容对象特性实验测定法原理本次实验需要求取对象的飞升曲线（即阶跃响应曲线）或方波响应曲线。

飞升曲线是在输入量作阶跃变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的；方波响应曲线是在输入量作一个脉冲方波变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的。

在获得特性曲线的基础上，进行分析获得相应的对象特性。

双容对象飞升曲线实验测定方法的具体步骤如下：（1）选择工作点给定控制量，让双容水箱对象的液位稳定（2）测绘飞升曲线让控制量做阶跃变化，并测绘双容水箱液位随时间变化的曲线（3）获得对象的动特性假定在输入量变化量为Δu 时测绘的飞升曲线如图１所示：图１双容水箱液位 PID 控制系统的方框图因此，可估算双容水箱的模型为其中lenlen y u u y k *△△=，αοT =τ 于是用实验法测出了双容水箱的动特性。

2、控制系统的组成及原理单回路调节系统，一般是指用一个控制器来控制一个被控对象，其中控制器只接收一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。

双容水箱液位PID 控制系统也是一种单回路调节系统，典型的双容水箱液位控制系统如图２所示：图２双容水箱液位PID 控制系统的方框图在双容水箱液位PID 控制系统中，以液位为被控量。

其中，测量电路主要功能是测量对象的液位并对其进行归一化等处理；PID 控制器是整个控制系统的核心，它根据设定值和测量值的偏差信号来进行调节，从而控制双容水箱的液位达到期望的设定值。

一双容水箱对象特性的测定.doc

实验一双容水箱对象特性的测定实验一、实验目的及要求1. 了解双容水箱的自衡特性。

2. 掌握双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

3. 实测双容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。

二、实验原理当对象的动态特性可以用二阶微分方程式来描述时，一般称为二阶对象。

本实验的双容水箱即为二阶对象，其表征对象特性的微分方程式的建立和单容水箱类似。

本实验的进行同单容水箱实验，采用阶跃反应曲线测试法。

阶跃反应曲线法是被控对象在开环运行状况下，待工况稳定后，通过调节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，然后根据给定对象模型的结构形式，对实验数据进行合理地处理，确定模型中的相关参数。

该方法比较简单可行，如本实验输入量是流量，只要将阀门的开度作突然的改变，便可认为施加了阶跃干扰。

双容水箱液位控制结构图如图1所示：图1 双容水箱液位控制结构图设上水箱的进水量为Q 1，水箱的液面高度为H 1，下水箱的进水量为Q 2，出水量为Q 4，水箱的液面高度为H 2。

水槽的动态过程如下：流入水槽的流量Q 1为输入量，水槽液位的高度H 1为输出量，输入流量Q 1一定时，在稳定状况下，液位H 1和H 2维持不变。

在t 0时间突然增大进水阀V1开度，并保持不变，加入阶跃干扰，液位H 1和H 2开始上升，经过一定时间后，液位稳定在某一新的高度H 1′和H 2′。

根据物料动态平衡关系，并考虑到液体传输过程中的时延，其传递函数为：2212()()()(1)(1)s H S KG S e Q S T S T S τ-==+++ （1）式中 K=R 4，T 1=R 2C 1，T 2=R 4C 2，R 2、R 4分别为阀V2和V4的液阻，C 1 和C 2分别为上水箱和下水箱的容量系数，式中的K 、T 1和T 2可由实验求得的阶跃响应曲线求出，具体的做法是在图2所示的阶跃响应曲线上取得：（1）h 2(t)稳态值的渐近线h 2(∞)；（2）h 2(t)|t=t 1=0.4 h 2(∞)时曲线上的点A 和对应的时间t 1；（3）h 2(t)|t=t 2=0.8 h 2(∞)时曲线上的点B 和对应的时间t 2。

双容型水箱实验报告

机械电子工程原理实验报告双容型水箱液位与PID控制综合实验组员:XXXXXX年X月实验一压力传感器特性测试及标定测量实验一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。

2、掌握压力传感器的实验原理及方法，对压力传感器进行标定。

二、实验设备1、德普施双容水箱一台。

2、PC 机及DRLINK4.5 软件。

三、实验原理图1-1 传感器装置图本实验传感器如图1-1所示，使用二个扩散硅压阻式压力传感器，分别用来测量上水箱水柱压力，下水箱水柱压力。

扩散硅压阻式压力传感器实质是硅杯压阻传感器。

它以N型单晶硅膜片作敏感元件，通过扩散杂质使其形成4个P型电阻，形成电桥。

在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，使电桥有相应输出。

经过后级电路的放大处理之后输出0~5V之间的电信号。

扩散硅压力传感器的输出随输入呈线性关系，输出特性曲线一般是一条直线，一般使用传感器前需要对此传感器进行标定，通常的做法是取两个测量点（x1，y1）和（x2，y2）然后计算特性直线的斜率K和截距B即可。

由于扩散硅压力传感器承受的水压力与水的液位高度成正比，因此扩散硅压力传感器通常也用来测量液位高度。

四、实验内容及结果图1-2 上水槽压力传感器特性测试及标定测量实验图1-3 下水槽压力传感器特性测试及标定测量实验5）压力传感器的标定系数值表。

表1-1 压力传感器标定系数值传感器K值B值液位1传感器0.06440 -7.98567液位2传感器0.065166 -12.63056）依据压力传感器标定系数值绘制的压力传感器特性曲线如图1-3，图1-4所示：图1-3 上水槽压力传感器特性曲线图1-4 下水槽压力传感器特性曲线五、思考题1.在做本实验的时候，为何2次标定的液位高度不能够太接近？答：由于液位高度与电压值为线性关系，故2次标定的液位高度要保持一定距离，这样可以有效降低系统误差。

在控制过程中由于水泵抽水压力冲击传感器等影响会对液位传感器产生一定程度的干扰。

实验二、双容水箱对象特性测试实验

实验二、双容水箱对象特性测试实验一、实验目的1、了解双容对象的动态特性及其数学模型2、熟悉双容对象动态特性的实验测定法3、掌握双容水箱特性的测定方法二、实验设备1、四水箱实验系统硬件平台2、四水箱实验系统DDC 实验软件3、 PC 机（Window 2000 Professional 操作系统）4、其它：连接线等三、实验原理双容对象的特性的获取方法大体与单容对象相同，但是由于两者的动态特性不同，使得其分析方法与单容对象存在着差异。

1、双容对象的动态特性及其数学模型以双容水槽水位调节对象为例，分析其动特性及数学模型。

典型的双容水槽水位调节对象如下图所示：典型的双容水槽水位调节对象前面我们已经得出典型单容的数学模型，因此对于上图所示的系统有：()()11111+=s T K s s H μ （1）()()1Q 222+=s T K s s H （2）())(Q 1s H s ∝（3）对于（2－3）式，假定在工作点附近有，（4）())(KQ 1Rs H s ＝联立上述各式，可得：()()1*1*K 221112++=s T K s T K s s H R μ （5）标准表达式为：()())1)(1(2112++=s T s T K s s H μ（6）式中 K=K R *K 1*K 2上式为典型的双容水箱对象的传递函数，从传递函数中可以看出，其有两个负极点-1/T1，-1/T2，所以它是非振荡的自衡过程。

2、双容对象特性的实验测定法许多工业对象内部的工艺过程复杂，通过机理分析等寻求对象的数学模型非常困难，即使能得到对象的数学模型，仍需要通过实验方法来验证。

因此，对于运行中的对象，用实验法测定其动态特性，是了解对象的简易途径。

常用的测定对象动态特性的实验方法主要有三种： A 、测定动态特性的时域方法这个方法主要是求取对象的飞升曲线或方波响应曲线。

飞升曲线是在输入量作阶跃变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的；方波响应曲线是在输入量作一个脉冲方波变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的。

双容水箱特性测试

当y1=0.39*(10.7-4.3)+4.3=6.796时，t1=4.28s；
当y2=0.632*(10.7-4.3)+4.3=8.3448时，t2=6.766s；
则有。增益如1-（1），便得传递函数为：
或
4.阀门开度由40%变化到30%的阶跃响应数据记录如下表（4）：
表（4）40%30%的阶跃响应
当y2=0.632*(10.7-3.6)+3.6=8.0872时，t1=4.348s；
则有。增益如1-（1），便得传递函数为：
或
5.阀门开度由30%变化到38%的矩形脉冲响应数据记录如下表（5），其中脉冲宽度为。
表（5）30%38%30%的矩形脉冲转为阶跃响应
时间t（min）
0
2
4
6
8
10
12
被测量（cm）
1.阀门开度由30%变化到35%的阶跃响应数据记录如下表（1）：
表（1）30%35%的阶跃响应
时间t（min）
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
被测量（cm）
4.8
5.1
6.0
6.5
7.1
7.5
7.5
7.6
7.8
7.8
将以上数据做少许调整（实验时存在误差），可绘图如下图（1）：
图（1）30%35%的阶跃响应曲线图
“过程控制系统设计”
实物实验报告
实验名称：
姓名：
学号：
班级：
指导老师：
同组人：
实验时间：年月日
一、实验目的
1.了解双容对象的动态特性及其数学模型
2.熟悉双容对象动态特性的实验测定法原理

双容水箱对象特性测试实验

《过程控制系统设计》课程实验报告2018年4月19日实验一双容水箱对象特性测试实验一、实验目的1、了解双容对象的动态特性及其数学模型；2、熟悉双容对象动态特性的实验测定法原理；3、掌握双容水箱特性的测定方法。

二、实验设备1、四水箱实验系统DDC 实验软件；2、PC 机（Window XP 操作系统）；3、CS4000型过程控制实验装置。

三、实验原理本次实验主要是求取对象的飞升曲线或方波响应曲线。

飞升曲线是在输入量作阶跃变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的；方波响应曲线是在输入量作一个脉冲方波变化时测绘输出量随时间变化曲线得到的。

在获得特性曲线的基础上，进行分析获得相应的对象特性。

飞升曲线实验测定方法的具体步骤如下：A、选择工作点给定控制量，让双容水箱对象的液位稳定B、测绘飞升曲线让控制量做阶跃变化，并测绘双容水箱液位随时间变化的曲线C、获得对象的动特性假定在输入量变化量为Δu 时测绘的飞升曲线如下图所示：四、实验内容获得2个上阶跃、2个下阶跃和1个矩形方波共5组的响应曲线，记录过程数据并处理。

现场接线图和设备连接图五、数据记录阀门开度为40%，达到初始平衡状态时的曲线如下。

记录此时的平衡点参数，见表1-1。

程参数，直至进入新的平衡状态，见表1-2和表1-3。

阀门开度从50%跳变到35%后，实时趋势如下。

记录此引起的阶跃响应的过程参数，直至进入新的平衡状态，见表2-1和表2-2。

程参数，直至进入新的平衡状态，见表3-1和表3-2。

阀门开度从28%跳变到42%后，实时趋势如下。

记录此引起的阶跃响应的过程参数，直至进入新的平衡状态，见表4-1和表4-2。

阀门开度从42%跳变到52%，经5分钟后又跳回到42%,实时趋势如下。

记录此引起的阶跃响应的过程参数，直至进入新的平衡状态，见表5-1和表5-2。

六、数据处理注：原始数据记录表格和手工绘制曲线（包括切线法和两点法的作图）见后面的附录部分。

七、思考题1、在做本实验时，为什么不能任意变化中水箱出水阀的开度大小？因为在本次实验中，水箱水位逐步趋于稳定是由于双容水箱的自衡特性，而如果在测量的过程中，若是更改了手动阀的大小就会导致整个系统的初始稳态发生变化，从而导致水箱水位一直不能达到稳定。

双容水箱实验报告

双容水箱实验报告双容水箱实验报告引言：水是人类生活中不可或缺的资源，而水箱作为储存和供应水源的设备，在我们的日常生活中扮演着重要的角色。

然而，传统的单容水箱在一些情况下存在一些不足之处，比如水压不稳定、供水量不足等问题。

为了解决这些问题，我们进行了双容水箱实验。

实验目的：本次实验的目的是验证双容水箱在水压稳定和供水量方面的优势，并探讨其对于日常生活的实际应用价值。

实验材料和方法：我们使用了两个相同容量的水箱，并通过管道将它们与供水系统连接起来。

其中一个水箱作为主水箱，另一个作为备用水箱。

实验中我们记录了供水系统的水压和供水量，并对比了双容水箱和单容水箱的表现。

实验结果与分析：在实验过程中，我们发现双容水箱相较于单容水箱，在水压稳定和供水量方面表现更加优越。

当供水系统的水压下降时，备用水箱会自动启动，补充主水箱的水源，从而保持水压的稳定性。

而单容水箱在水压下降时无法及时补充水源，导致供水量减少，给用户的用水带来了不便。

此外，双容水箱还具有一定的智能化功能。

通过传感器和控制系统的配合，双容水箱可以根据用户的用水情况，自动调节备用水箱的启动和停止，以达到更加高效的供水效果。

这种智能化的设计使得双容水箱更加适应不同用户的需求，并且能够节约水资源，减少浪费。

实验结论：通过本次实验，我们验证了双容水箱在水压稳定和供水量方面的优势。

双容水箱能够保持水压的稳定性，确保用户在用水过程中不会受到影响。

此外，双容水箱还具有智能化的功能，可以根据用户的用水情况进行自动调节，提高供水效率。

在实际应用中，双容水箱可以广泛应用于住宅、办公楼、商业建筑等场所。

它不仅可以解决传统单容水箱的不足之处，还能够提供更加舒适和便利的用水体验。

双容水箱的推广和应用将有助于提高水资源的利用效率，促进可持续发展。

结语：通过本次实验，我们对双容水箱的优势有了更加深入的了解。

双容水箱在水压稳定和供水量方面表现出色，具有智能化的功能，适用于各种场所。

双容水箱对象特性测试实验

“过程控制系统设计”仿真实验报告实验名称：双容水箱对象特性测试实验姓名：徐辉胜学号： 20101523班级： 2010032组员：实验时间： 2013 年 5 月 7 日一、实验目的1、了解双容对象的动态特性及其数学模型2、熟悉双容对象动态特性的实验测定法原理3、掌握双容水箱特性的测定方法二、实验设计（画出“系统方框图”和“设备连接图”）设备连接图：图1 设备连接图系统方框图：图2 系统方框图三、实验步骤1、运行四水箱DDC 实验系统软件，选择“实物模型”，单击实验菜单进入双容水箱特性测试实验界面。

2、选择执行机构，在此我们选U1。

3、选水箱1和3串联组成的双容水箱，对应待测液位为H1。

4、根据连接图够成控制回路，打开响应水阀，记录1K 与3K 的开度，3K =80%、1K =60%。

5、选择工作点，使被测的水箱的液位稳定在某个点，此时U1=20%。

6、当双容水箱的液位稳定在工作的时，让控制量阶跃变化，观察记录数据。

四、实验记录（H3、H1单位为cm ）表1 控制量从20%跳变到25%的阶跃响应表3 控制量从20%→22%→20%宽度为6min的方波响应表4 控制量从20%跳变到15%的阶跃响应图3 控制量从20%→25%→20%的阶跃响应图4 控制量从20%→22%→20%宽度为6min的方波响应图5 控制量从20%→15%→20%的阶跃响应五、结果分析1、由表1和表2绘制=25%时的飞升曲线和控制量从25%→20%的阶跃响应曲线（图6）图6 控制量从20%→25%→20%的阶跃响应曲线y=y(∞)-y(0)=20.4-11.2=9.2(cm)当控制量从20%变化到25%时，用两种方法计算传递函数：被控过程的静态放大系数K==9.2/5%=1.84(cm/%)。

（1）两点法：将y(t)转换成无量纲形式选y、=0.632y，计算可知t1和t2对应的点为14.8cm和17.3cm，在坐标轴上可以画出对应的时间t1=7.5min，t2=12.5min，现计算T和值。

双容型水箱实验报告

机械电子工程原理实验报告双容型水箱液位与PID控制综合实验组员:XXXXXX年X月实验一压力传感器特性测试及标定测量实验一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。

2、掌握压力传感器的实验原理及方法，对压力传感器进行标定。

二、实验设备1、德普施双容水箱一台。

2、PC 机及DRLINK4.5 软件。

三、实验原理图1-1 传感器装置图本实验传感器如图1-1所示，使用二个扩散硅压阻式压力传感器，分别用来测量上水箱水柱压力，下水箱水柱压力。

扩散硅压阻式压力传感器实质是硅杯压阻传感器。

它以N型单晶硅膜片作敏感元件，通过扩散杂质使其形成4个P型电阻，形成电桥。

在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，使电桥有相应输出。

经过后级电路的放大处理之后输出0~5V之间的电信号。

扩散硅压力传感器的输出随输入呈线性关系，输出特性曲线一般是一条直线，一般使用传感器前需要对此传感器进行标定，通常的做法是取两个测量点（x1，y1）和（x2，y2）然后计算特性直线的斜率K和截距B即可。

由于扩散硅压力传感器承受的水压力与水的液位高度成正比，因此扩散硅压力传感器通常也用来测量液位高度。

四、实验内容及结果图1-2 上水槽压力传感器特性测试及标定测量实验图1-3 下水槽压力传感器特性测试及标定测量实验5）压力传感器的标定系数值表。

表1-1 压力传感器标定系数值传感器K值B值液位1传感器0.06440 -7.98567液位2传感器0.065166 -12.63056）依据压力传感器标定系数值绘制的压力传感器特性曲线如图1-3，图1-4所示：图1-3 上水槽压力传感器特性曲线图1-4 下水槽压力传感器特性曲线五、思考题1.在做本实验的时候，为何2次标定的液位高度不能够太接近？答：由于液位高度与电压值为线性关系，故2次标定的液位高度要保持一定距离，这样可以有效降低系统误差。

在控制过程中由于水泵抽水压力冲击传感器等影响会对液位传感器产生一定程度的干扰。

双容水箱动态特性

“过程控制系统计”实物实验报告实验名称：双容水箱对象特性测试实验姓名学号：00000000班级：111111指导老师同组人：实验时间：2013 年05 月17 日一、实验目的1、了解双容对象的动态特性及其数学模型2、熟悉双容对象动态特性的实验测定法原理3、掌握双容水箱特性的测定方法二、实验设计（画出“系统方框图”和“设备连接图”）三、实验步骤、1、进入实验运行四水箱DDC 实验系统软件，进入首页界面，单击“实物模型”单选框，选择实验模式为实物模型；单击实验菜单，进入双容水箱特性测试实验界面。

2、选择执行机构在实验系统中有两个执行机构，分别由控制量“U1”和“U2”控制。

这两个控制量的范围为0～100，可以自行选择一个作为控制量。

这里假定我们选择“U1”作为控制量。

3、选择双容对象实验系统有四个水箱：水箱1、水箱2、水箱3和水箱4，它们对应的液位分别用H1、H2、H3 和H4 表示，其中水箱3 和水箱1、水箱4和水箱2 可以分别串接成两组双容水箱，可以自行选择一组双容水箱作为被测定对象。

这里假定我们选择水箱1 和水箱3 串接的双容水箱，对应待测液位变量为H1。

4、组成控制回路我们期望构成的控制量为U1，被测量为H1 的控制回路，为此根据连接图，我们需打开水箱1 和3 的进水阀，关闭其它进水阀。

也可选择其它的双容对象构成控制回路。

5、选择工作点控制量“U1”或“U2”控制执行机构，通过构造的控制回路，使被测的单容水箱的液位稳定在某个点。

具体设置方式如下：选择控制量“U1”或“U2”，如上图所示，单击实验界面中的调节阀图标，进入输出设置窗体，如下图所示：在窗体中，通过键盘输入期望的值。

如果选择“U2”作为控制量，也可以参考上述方法进行设置。

四、实验记录（包括实验数据和波形图）（美好的临界状态）图1（连线）图2（实际模型）图3（控制量从30%跳变到35%）图4（控制量从35%跳变到30%）图5（控制量从30%-37%-30%）图6（控制量从35%跳变到30%）图7图8用临界比例度法求PI控制其参数：①仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数Pm和临界振荡周期Tm。