液位特性实验
一阶单容上水箱对象特性的测试实验报告
《控制工程实验》实验报告实验题目：一阶单容上水箱对象特性的测试课程名称：《控制工程实验》姓名：学号：专业：年级：院、所：日期： 2019.04.05实验一一阶单容上水箱对象特性的测试一、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；3. 掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备1. 实验装置对象及控制柜 1套2. 装有Step7、WinCC等软件的计算机 1台3. CP5621专用网卡及MPI通讯线各1个三、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。
图1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。
阀门F1-1和F1-6全开，设上水箱流入量为Q1,改变电动调节阀V1的开度可以改变Q1的大小，上水箱的流出量为Q 2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q2。
液位h的变化反映了Q1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。
根据动态物料平衡关系有：Q1−Q2=A dhdt(1)变换为增量形式有：∆Q1−∆Q2=A d∆hdt(2)其中：∆Q1，∆Q2，∆ℎ分别为偏离某一平衡状态的增量；A为水箱截面积图1 单容自衡水箱特性测试结构图（a）及方框图（b）在平衡时，Q1=Q2，dhdt=0;当Q1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，Q2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。
但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认为Q2与h成正比关系，与阀F1-11的阻力R成反比，即∆Q2=∆ℎR 或R=∆ℎ∆Q2(3)式中: R为阀F1-11的阻力，称为液阻。
实验报告：单容自横水箱液位特性测试实验报告
过程控制综合实验报告实验名称：单容自衡水箱液位特性测试实验专业：班级:姓名：学号：实验方案一、实验名称：单容自衡水箱液位特性测试实验二、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；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
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。
四、实验准备在所给实验设备准备好时，由实验指导书连线，检查线路之后上电，打开启动按钮，对实验对象进行液位特性测试。
通过该实验，我们最后要得到的理想结论是，通过手动控制阀门的开度来对水箱进行液位的特性测试，测试结果应该是，在给实验对象加扰动的情况下，贮蓄容器可以依靠自身重新恢复平衡的过程。
在实验之前，将储水箱中贮足水量，实验过程中选择下水箱作为被测对象，将阀门F1-1、F1-2、F1-8全开，将下水箱出水阀门F1-11开至适当开度，其余阀门均关闭，进行观察实验。
（a）结构图（b）方框图一、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；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备三相电源（~380V/10A）远程数据采集模拟量输出模块SA-22、SA-23（24V输入）三相磁力泵（~380V）压力变送器电动调节阀（4~20mA、~220V）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。
图2-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。
阀门F1-1、F1-2和F1-8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。
液位检测与控制实验 浙江大学 过程控制基础及实验
液位检测与控制实验一、实验目的1.通过实验了解液位测量的基本方法、工作原理及使用与校验方法2.仪表误差分析方法3.了解差压变送器ST3000的工作原理及使用方法4.了解零点迁移、满度调校等基本概念5.了解工业触摸屏的工作原理6.熟悉一阶对象的数学模型及其阶跃响应曲线7.根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定模型参数二、实验器材CS1000液位检测实验装置、差压变送器 ST3000、AI808智能调节仪、工业触摸屏三、实验原理C S1000型液位检测实验装置对象系统包含有：有机玻璃上水箱、不锈钢储水箱。
系统动力支路：由循环水泵、电动调节阀组成；装置检测变送和执行元件有：差压变送器ST3000、Y-100压力表、电动调节阀等。
本次实验使用ST3000差压变送器来检测液位高度，并与实际液位标尺值进行比较，求出ST3000差压变送器的测量精度等性能指标。
差压变送器的工作原理：当被测介质（液体）的压力作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经归一化差分放大和输V/A 电压、电流转换器，转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的4~20mA 标准电流输出信号。
接线如图1所示。
CS1000装置的控制系统采用的是具有人工智能算法及通讯接口的AI808智能调节仪，上位机选择的是MCGS 触摸屏。
上位机MCGS 触摸屏通过RS232/485转换装置同AI808仪表侧部的RS485串行接口进行通讯。
学生可以直接通过AI808控制器面板上的操作按钮直接设定SV 、PID 等调节参数，也可以通过上位机MCGS 触摸屏远程控制AI808控制器，修改AI808控制器的控制参数。
通过运行触摸屏组态文件还可以观察被控参数的实时曲线、历史曲线，SV 设定值、PV 测量值、OP 输出值、各实验都设有动态流程图、及被测参数动态显示及变化棒图显示系统流程图。
触摸屏的组态文件可以根据实际需要自行编辑、下载，非常方便。
液位PID综合实验
液位PID综合实验一、实验目的1、掌握定值简单调节系统的结构和组成。
2、通过选定的控制对象来组成相应的调节系统。
3、学习简单定值调节系统的投运实施过程。
4、掌握分析简单定值控制系统的过渡过程。
5、学习分析调节系统的控制性能指标。
二、实验原理1、过程控制系统的结构组成过程控制通常是指连续生产过程的自动控制。
过程控制主要是对生产过程中的有关参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，使连续型生产自动进行下去。
过程控制系统按设定值的形式分定值控制系统、随动控制系统以及程序控制系统。
按系统的结构特点分为反馈控制系统、前馈控制系统以及前馈—反馈复合控制系统。
一个过程控制系统包括被控对象（工艺过程部分）和自动化仪器仪表和设备两大部分。
定值简单控制系统一般由测量变送器、调节器、调节阀和对象组成的单闭环负反馈控制系统。
简单控制（调节）系统方块图为：如图2所示的贮槽液位调节系统，以出料流量为调节参数方案即控制出料量。
此时，贮槽为调节对象，液位为被调参数，测量变送器LT将液位测量信号送往液位调节器LC，调节器根据实际检测值与液位设定值的偏差情况进行PID运算，最后把控制信号给调节阀（执行器），改变调节阀的开度，调节贮槽的输出物料流量以维持液位稳定。
2、调节阀气开、气关作用方式的选择调节阀气开、气关作用方式的选择主要以人员安全、生产安全、系统及设备安全为首要依据。
气开型调节阀随着控制信号的增加压力增加，当无压力信号时，阀门处于全关闭状态；反之，气关型调节阀随着信号增加，阀门逐渐关小，无信号时，阀门处于全开状态。
简而言之，“气开阀有气则开，无气则关；气关阀有气则关，无气则开。
”当控制系统发生故障时（如电源、气源中断、控制器出现故障而无信号、传输线路断路、执行机构的膜片破裂等使调节阀失去驱动而无法工作）时，失控的调节阀所处的状态应能确保人身、系统、设备的安全。
实验一 单容自恒水箱液位特性测试实验
实验报告课程过程控制及仪表实验日期2020 年6月15日专业班级自动化1702班姓名学号1706010403实验名称实验一单容自恒水箱液位特性测试实验评分批阅教师签字1.实验目的1. 熟悉利用计算法建立系统一阶惯性环节加纯延迟环节的数学模型方法。
2. 学会利用MATLAB/Simulink对系统进行建模的方法。
2.实验内容某单容水箱为被控对象，水箱液位为被控参数，水箱总量程为100mm, 在阶跃扰动20%∆=时，其阶跃响应的实验数据如表1-1所示。
u表1-1 阶跃响应实验数据响应曲线起始速度较慢，其阶跃响应曲线呈S状，可近似认为被控对象是具有纯滞后的一阶惯性环节，利用计算法，确定增益K，时间常数T和纯滞后时间τ。
（1）首先根据输出稳态值和阶跃输入的变化幅值可得增益K=(20/100)/20%=1;（2）根据系统近似为具有纯滞后的一阶惯性环节的计算方法，编写MATLAB程序（gkshiyan1_1）。
（3）建议Simulink系统仿真（gkshiyan1），将阶跃信号的初始作用时间和幅值分别设置为0和20。
（4）将实际系统和近似系统的阶跃响应曲线进行比较，编写MATLAB程序（gkshiyan1_2）。
3.实验方法与步骤（1）首先根据输出稳态值和阶跃输入的变化幅值可得增益K=(20/100)/20%=1;（2）根据系统近似为具有纯滞后的一阶惯性环节的计算方法，编写MATLAB程序（gkshiyan1_1）。
程序如下：% 将系统近似一阶惯性环节加纯延迟的计算程序tr=10; % 输出响应延迟时间，即输出无变化时间t=[10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600 700 800]-tr;h=[0 0.2 0.8 2 3.6 5.4 8.8 11.4 14.4 16.1 18.2 19.2 19.6 19.8 20];h=h/h(length(h)); %把输出转换成无量纲形式h1=0.39;h2=0.63;t1=interp1(h,t,h1)+tr; %利用一维线性插值计算当响应曲线在39%时的时间t1t2=interp1(h,t,h2)+tr; %利用一维线性插值计算当响应曲线在63%时的时间t2T=2*(t2-t1) %被控对象传递函数的惯性时间常数tao=2*t1-t2 %被控对象传递函数的延迟时间运行结果如下：>> gkshiyan1_1T =159.5294tao =48.4706>>（3）建议Simulink系统仿真（gkshiyan1），将阶跃信号的初始作用时间和幅值分别设置为0和20。
液位器实习实训报告
实习实训报告：液位器实习实训一、实习实训背景随着我国工业自动化程度的不断提高，液位器作为一种常用的自动化控制元件，在各种工业过程中起着至关重要的作用。
为了更好地了解液位器的工作原理和应用，提高自己在实际工作中的操作技能，我参加了本次液位器实习实训。
二、实习实训目的1. 掌握液位器的工作原理及结构特点；2. 学会液位器的安装、调试和维护方法；3. 提高自己在实际工作中的动手能力和团队协作能力。
三、实习实训内容1. 液位器的基本原理及类型液位器是利用液体的静压力或浮力原理，将液位高度转换为电信号的一种仪表。
根据工作原理和结构特点，液位器可分为以下几种类型：（1）玻璃液位计：通过观察玻璃管中液位的高度来判断液位，适用于腐蚀性较强、温度较低的液体。
（2）磁翻板液位计：利用磁性翻板的开关动作来检测液位，具有结构简单、可靠性高的特点。
（3）超声波液位计：采用超声波原理，通过测量超声波发射和接收的时间差来计算液位，适用于各种液体和恶劣环境。
（4）雷达液位计：利用微波原理，通过测量微波发射和接收的时间差来计算液位，具有测量精度高、不受液体性质影响的优点。
2. 液位器的安装与调试（1）安装：根据液位器的类型和应用场景，选择合适的安装位置。
注意安装位置应避免液体的剧烈波动和外部干扰。
（2）调试：调整液位器的零位和量程，确保液位器的输出信号与实际液位高度相符。
在调试过程中，要遵循安全操作规程，防止发生意外事故。
3. 液位器的维护与保养（1）定期检查液位器的外观，确保其无破损、污垢和锈蚀。
（2）检查液位器的连接线路，确保其接触良好、无短路或断路现象。
（3）根据液位器的使用环境，定期进行清洁、润滑和紧固等工作。
四、实习实训心得通过本次液位器实习实训，我深刻了解了液位器的工作原理、类型、安装调试方法和维护保养措施。
在实际操作过程中，我学会了如何正确使用液位器，并与团队成员密切合作，完成了实习实训任务。
此外，本次实习实训使我认识到液位器在工业生产中的重要性，增强了自己对工业自动化领域的兴趣。
双容水箱液位静动态特性测试(实验一)
青岛科技大学实验报告年月日姓名专业班级同组者课程实验项目双容水箱液位静、动态特性测试一、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. 根据由实际测得双容液位的阶跃响应曲线，确定其传递函数。
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、MCGS工控组态软件、RS232/485转换器1只、串口线1根3. 万用表 1只三、实验原理图1 双容水箱对象特性结构图由图1所示，被控对象由两个水箱相串联连接，由于有两个贮水的容积，故称其为双容对象。
被控制量是下水箱的液位，当输入量有一阶跃增量变化时，两水箱的液位变化曲线如图2所示。
由图2可见，上水箱液位的响应曲线为一单调的指数函数（图2(a)），而下水箱液位的响应曲线则呈S形状（图2(b)）。
显然，多了一个水箱，液位响应就更加滞后。
图2 双容液位阶跃响应曲线图3 双容液位特性参数计算在图3所示的阶跃响应曲线上求取，利用下面的近似公式计算式，从而得到双容对象的传递函数为。
四、实验内容与步骤1、打开上位机，按照线路图接线。
2、检查线路，接通总电源和相关仪表的电源。
3、把调节器设置于手动位置，手动改变输出值到阀位65%，观察实时和历史曲线，使上水箱和中水箱的液位处于某一平衡位置。
4、突增/减调节器的手动输出量（建议增加到75%），重新达到平衡，作为一次阶跃输入，测得。
减小手动阀位输出量到65%，使中水箱的液位由原平衡状态开始变化，经过一定的调节时间后，液位h2进入另一个平衡状态，测得。
5、两次参数求平均求得系统参数，并打印历史曲线。
五、实验要求请给出实验的调节过程及调节参数，并附上历史曲线，分析实验结果，给出双容液位广义对象的传递函数表达式。
液位实验报告
项目一液位检测仪表安装、调试与维护任务一浮筒式液位计的安装、调试与维护一．实验目的：掌握浮筒式液位计的安装方法及注意事项，更够用各种方法校验浮筒液位物位计的精度是否合格，并认识到浮筒液位计的工作环境和日常维护工作。
二.仪表的相关知识：1. 浮筒液位计是根据阿基米德原理，当物体被浸没的体积不同是物体所受的浮力也不同。
用悬挂于液体中得柱形检测元件所受的浮力来反应液位的高度。
2 主要性能及规格：·液位或界面测量·全金属结构设计，坚固、简洁、耐高压、耐高温、防腐、使用寿命长·内置式弹簧，适用于高温、高压和真空状态及防腐介质·机械指针现场指示液位，LCD 液晶显示现场液位、标准电流值·智能型指示器，采用国外最新信号采集处理芯片，模块化设计，无磁滞后·具有数据恢复、数据备份、掉电保护及错误自诊断功能·HART 型指示器，二线制24VDC 供电，4-20mA 标准电流信号输出叠加HART 协议，通过HART 通讯手操器可进行参数组态和现场调整·与PC 机串口连接，通过Windows 程序，实现现场对仪表进行标定3实验注意事项：拆卸表头时注意轻拿轻放，拆掉得线头要用黑胶布包好。
在确定实际液位零点时应注意是否与浮筒液位计零点相符。
用万用表测电流时一定要使用正确。
读取数值时要等到显示稳定时再记录。
4操作规程：挂砝码法：确定液位零点，分别计算出液位在0％，25％，50％。
75％，100％时所挂砝码重量，公式为：Mh=M-Πd2/4·Hρ1。
并分别挂上相应砝码，读取表头显示，记录对应电流大小。
水校法：依次注入浮筒内0％，25％，50％。
75％，100％的液位高度，读取表头显示，记录电流大小。
三．实验内容1准备实训器材a 设备准备b 工具准备2校验浮筒式液位计校验方法挂砝码法：确定液位零点，称浮筒重量为1.6052kg。
分别计算出液位在0％，25％，50％。
单容液位特性实验和单容液位控制实验
单容液位特性实验一、实验目的1、掌握单容水箱的阶跃响应测试方法；2、记录相应的响应曲线；二、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，不需要操作人员或设备等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。
水箱的结构和特性。
水箱的出水量与水压油罐，而水压又与水位高度近乎成正比。
这样，当水箱的水位升高时，其出水量也在不断增大，所以，水箱的阀开度适当，在不溢出的状况下，当水箱的进水量恒定不变时，水位的上升速度将逐渐变慢，最终达到平衡。
三、实验步骤将水箱1的进水阀全开，出水阀开30%，其他阀门全关。
1、点击“PCS-A-PPL-MCG”2、mm:12343、点击“进入运行环境”4、“系统管理”，用户登录(无密码)5、“特性实验”---“单容特性”6、“阀门开度”设定为60或者707、达到平衡时，测量值不变，记录测量值8、给系统一个扰动(增大阀门开度或者调解出水阀)，待系统达到一个新的平衡后，记录测量值9、实验结束四、实验报告1、原始记录阀门开度60----对应的测量值----达到平衡时的液位高度阀门开度65----对应的测量值----达到平衡时的液位高度2、数据处理作图：测量值与实间的变化曲线思考题与习题1．做本实验时，为什么不能任意改变出水阀F1-9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？单容液位控制实验一、实验目的1、了解单容水箱液位控制系统的结构与组成；2、掌握单容水箱液位控制系统调解参数的方法3、了解PID调节器对液位、水压控制的作用二、实验原理单容水箱控制系统是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所需求的高度，并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。
本实验以液位控制系统的水箱作为研究对象，水箱的液位为被控制量，采用PID算法控制。
首先由差压传感器检测出水箱水位，水位实际值通过DDC单元转换，变成数字信号后，被输入计算机中，最后，在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID 程序算法得到输出值，再将输出值经过转换，由DDC控制单元输入模拟信号控制阀门开度，从而形成一个闭环系统，实现水位的计算机控制。
实验二 单容自衡水箱液位特性测试实验
实验二 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DDD-Z05-I 实验对象及DDD-Z05-IK 控制屏、DDD-Z05-III 电源控制柜一台、SA-12挂件一个、SA-13A 挂件一个、计算机一台、万用表一个、实验连接线若干。
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，不需要操作人员或设备等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。
图2-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。
阀门F1-1、F2-14和F1-6全开，设上水箱流入量为Q 1，改变电动调节阀V 1的开度可以改变Q 1的大小，上水箱的流出量为Q 2，改变出水阀F1-9的开度可以改变Q 2。
液位h 的变化反映了Q 1与Q 2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。
图2-1 单容自衡水箱特性测试系统（a ）结构图 （b ）方框图根据动态物料平衡关系有 Q 1-Q 2=Adtdh (2-1)将式(2-1)表示为增量形式 ΔQ 1-ΔQ 2=Adth d (2-2)式中：ΔQ 1，ΔQ 2，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 2，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 2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。
但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认为Q 2与h 成正比关系，而与阀F1-9的阻力R 成反比，即ΔQ 2=Rh ∆ 或 R=2Q ∆∆h (2-3)式中：R ——阀F1-9的阻力，称为液阻。
将式(2-2)、式(2-3)经拉氏变换并消去中间变量Q 2，即可得到单容水箱的数学模型为W 0（s ）＝)()(1s Q s H ＝1RCs R +=1s +T K (2-4)式中T 为水箱的时间常数，T ＝RC ；K 为放大系数，K ＝R ；C 为水箱的容量系数。
液位控制系统实验报告
液位控制系统实验报告液位控制系统实验报告引言液位控制系统是工业生产过程中非常重要的一部分。
它能够确保液体在容器内的合适水平，以保持生产的稳定性和安全性。
本实验旨在研究液位控制系统的原理和性能，并通过实际操作来验证其有效性。
一、实验目的本实验的主要目的是探究液位控制系统的工作原理，了解液位传感器的原理和使用方法，并通过实验验证控制系统对液位的准确控制能力。
二、实验材料与方法1. 实验材料：- 液位传感器- 控制器- 液位计- 液体容器- 液体样品2. 实验方法：- 将液体样品倒入容器中，并确保液位计准确测量液位。
- 将液位传感器安装在容器内，确保其与液体接触并能准确测量液位。
- 将传感器与控制器连接，并设置控制器的参数。
- 启动控制器，观察液位控制系统的工作过程，并记录数据。
- 根据实验结果分析液位控制系统的性能。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们成功地搭建了液位控制系统，并进行了一系列实验。
通过观察和记录数据，我们得出了以下结论：1. 液位传感器的准确性：实验结果表明，液位传感器能够准确地测量液体的高度，并将其转化为电信号输出。
传感器的准确性对于控制系统的稳定性和精度至关重要。
2. 控制器的响应速度：我们发现，控制器对液位变化的响应速度非常快。
一旦液位发生变化，控制器会立即调整输出信号，以保持液位在设定范围内。
这种快速的响应能力确保了液位的稳定性。
3. 控制系统的稳定性：在实验过程中，我们对液位进行了多次调节，并观察了系统的稳定性。
结果显示，控制系统能够在短时间内稳定液位，并且在设定范围内保持液位的波动较小。
这证明了液位控制系统的稳定性和可靠性。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了液位控制系统的工作原理和性能。
我们发现，液位传感器的准确性和控制器的响应速度对于控制系统的稳定性和精度至关重要。
此外，我们还验证了液位控制系统的稳定性和可靠性。
然而，本实验仅仅是对液位控制系统的初步研究，还有许多方面可以进一步探索。
光电传感器测量液体液位的实验报告
光电传感器测量液体液位的实验报告实验报告一、实验目的：1.了解光电传感器的工作原理；2.掌握利用光电传感器测量液体液位的方法；3.分析光电传感器在不同液位下的输出信号特点。
二、实验原理：光电传感器是一种能够将光信号转换为电信号的装置。
它由光源和光敏元件组成，光源发出的光经过液体的折射、散射和吸收等过程，最终到达光敏元件上。
光敏元件对接收到的光信号产生电流或电压输出，从而实现对液体液位的测量。
三、实验步骤：1.准备工作：将光电传感器固定在测量液体容器上，确保它与液体接触的部分在同一水平线上。
2.载入试样：将不同液位的液体依次倒入容器中，使之与光电传感器接触。
3.读取输出信号：通过连接传感器的输出接口，使用示波器或数据采集卡等工具，记录传感器输出的电流或电压数值。
四、实验结果及分析：在不同液位下的实验结果如下表所示：液位（cm）输出信号（V）-------------------------------00.550.4100.3150.2200.1通过实验结果可以看出，随着液位的增加，光电传感器的输出信号逐渐减小。
这是因为光能在液体中的传播过程中会发生反射、散射和吸收等现象，导致到达光敏元件的光信号逐渐减弱。
因此，液位高度越高，传感器输出的电流或电压数值越小。
五、实验总结：本实验利用光电传感器成功实现了对液体液位的测量。
通过实验结果分析，我们可以得出结论，光电传感器的输出信号随着液位高度的增加而减小。
实验中还有一些因素需要注意，如确保传感器与液体接触部分在同一水平线上，以及尽量减小液体表面的污染等。
此外，还可以尝试在不同光源条件下进行实验，以研究光源对传感器输出信号的影响。
总的来说，本实验通过实际操作和数据读取，使我们对光电传感器测量液体液位的方法有了更深入的理解。
通过此次实验，我们掌握了利用光电传感器测量液体液位的基本原理和方法，并且成功获取了实验结果，进一步加深了我们对光电传感器的认识。
单容水箱液位控制实验报告
单容水箱液位控制实验报告单容水箱液位控制实验报告一、引言液位控制是自动化领域中一个重要的研究课题。
在许多工业领域，如化工、石油、食品等，液位的准确控制对生产过程的稳定性和安全性至关重要。
本实验旨在通过搭建一个单容水箱液位控制系统，探究液位控制的原理和方法，并验证控制系统的性能。
二、实验装置及原理1. 实验装置本实验采用的实验装置包括：单容水箱、液位传感器、控制器、执行器和数据采集系统。
2. 原理介绍液位传感器通过测量液位高度将其转换为电信号，并传输给控制器。
控制器根据接收到的信号，通过控制执行器的开关状态，调节水箱进出水的流量，以达到控制液位的目的。
数据采集系统用于记录和分析实验数据。
三、实验步骤1. 搭建实验装置首先，将液位传感器安装在水箱内部，并连接到控制器。
接下来，连接执行器和控制器，并确保所有连接线路正确无误。
最后，将数据采集系统与控制器连接，确保数据采集的准确性。
2. 系统校准在实验开始之前，对液位传感器进行校准。
校准的目的是确定液位传感器输出信号与实际液位之间的关系，以确保控制系统的准确性。
3. 进水控制实验将水箱放置在合适的位置，并将进水管道连接到水箱。
打开进水阀门，控制器开始接收液位传感器的信号，并根据设定的目标液位调节进水阀门的开关状态。
记录下实验过程中的液位变化情况。
4. 出水控制实验将出水管道连接到水箱，并打开出水阀门。
控制器根据液位传感器的信号，控制出水阀门的开关状态，以维持设定的目标液位。
同样，记录下实验过程中的液位变化情况。
四、实验结果与分析通过实验数据的记录和分析，我们可以得出如下结论：1. 进水控制实验在进水控制实验中，我们观察到当液位低于目标液位时，控制器打开进水阀门，增加水箱内的水量；当液位高于目标液位时，控制器关闭进水阀门，减少水箱内的水量。
实验结果表明，控制系统能够有效地调节进水流量，使液位保持在目标值附近。
2. 出水控制实验在出水控制实验中，我们观察到当液位低于目标液位时，控制器关闭出水阀门，减少水箱内的出水量；当液位高于目标液位时，控制器打开出水阀门，增加水箱内的出水量。
液位控制实验报告
液位控制实验报告液位控制实验报告引言：液位控制是工业自动化中的一个重要环节，它在各个领域都有广泛的应用。
液位控制实验旨在通过模拟真实情况，研究不同参数对液位控制系统的影响，提高系统的稳定性和精确度。
本实验通过设计液位控制系统，对液位传感器、控制器和执行器等关键组件进行测试和分析，以期得出一套最佳的液位控制方案。
实验目的：本实验的目的是探究液位控制系统的工作原理和关键参数，研究不同控制策略对系统稳定性和精确度的影响，为实际工程应用提供理论依据。
实验装置和方法：实验装置主要包括液位传感器、控制器和执行器。
液位传感器用于测量液体的高度，控制器则根据传感器的反馈信号进行计算和控制，最终通过执行器调节液位。
在实验中，我们将调整不同参数，如控制器的增益和积分时间常数，以及执行器的响应速度等，观察系统的响应和稳定性。
实验结果与分析：在实验中，我们首先调整了控制器的增益。
通过增加增益，我们发现系统的响应速度加快，但也容易出现过冲现象。
当增益过大时，系统会产生振荡，无法达到稳定状态。
因此，合理选择增益是确保系统稳定性的重要因素。
其次，我们调整了控制器的积分时间常数。
增加积分时间常数可以减小系统的稳态误差，提高控制精度。
然而，当积分时间常数过大时，系统的响应速度会变慢，甚至产生不稳定的现象。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况权衡控制精度和响应速度，选择适当的积分时间常数。
最后，我们测试了执行器的响应速度。
实验结果表明，执行器的响应速度对系统的稳定性和精确度有着重要影响。
当执行器的响应速度过慢时，系统的响应会滞后，导致液位控制不准确。
因此，在实际应用中，我们需要选择具备较快响应速度的执行器，以确保系统的稳定性和精确度。
结论：通过本次液位控制实验，我们深入研究了液位控制系统的工作原理和关键参数。
实验结果表明，合理选择控制器的增益和积分时间常数，以及执行器的响应速度，是确保系统稳定性和精确度的关键因素。
在实际应用中，我们需要根据具体情况进行参数调整，以达到最佳的液位控制效果。
一阶单容上水箱对象特性的测试实验报告
控制工程实验》实验报告实验题目：一阶单容上水箱对象特性的测试课程名称：《控制工程实验》姓名：学号：专业：年级：院、所：日期：2019.04.05实验一一阶单容上水箱对象特性的测试一、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；3. 掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备1. 实验装置对象及控制柜 1 套2. 装有Step7、WinCC等软件的计算机 1 台3. CP5621 专用网卡及MPI通讯线各1 个三、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。
图1 所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。
阀门F1-1 和F1-6 全开，设上水箱流入量为Q1, 改变电动调节阀V1 的开度可以改变Q1 的大小，上水箱的流出量为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Q1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。
根据动态物料平衡关系有：(1)变换为增量形式有：(2)其中：，，分别为偏离某一平衡状态的增量；A 为水箱截面积图 1 单容自衡水箱特性测试结构图( a)及方框图( b)在平衡时，Q1=Q2，=0;当Q1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，Q2 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。
但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认为Q2与h 成正比关系，与阀F1-11 的阻力R 成反比，即或(3)式中: R 为阀F1-11的阻力，称为液阻。
将式(2) 、式(3) 经拉氏变换并消去中间变量Q2，即可得到单容水箱的数学模型为(4)式中T 为水箱的时间常数，T＝RC；K 为放大系数，K＝R；C 为水箱的容量系数。
一阶液位对象特性实验实验结果分析
一阶液位对象特性实验实验结果分析
一阶液位对象特性实验是指通过对液位的控制,研究液位的响应特性,是控制工程中的基础实验之一。
其结果分析需要考虑以下几个方面：
1. 实验对象特性分析：在实验之前,需要对液位对象进行特性分析,包括其实际的控制参数、传递函数等信息。
2. 实验数据采集与处理：通过实验,需要采集液位对象的输入输出数据,并对数据进行处理,如滤波、拟合等,以得到更加准确的响应特性。
3. 响应特性分析：通过处理得到的实验数据,可以分析液位对象的响应特性,包括其阶跃响应、脉冲响应等,以及相关的时间常数、稳态误差等参数。
4. 模型建立与验证：通过实验数据分析,可以建立液位对象的数学模型,并进行模型验证,以确保该模型能够准确地描述液位对象的响应特性。
综上所述,一阶液位对象特性实验的结果分析需要考虑实验对象的特性、数据采集与处理、响应特性分析以及模型建立与验证等方面。
在实验中需要严格遵守相关的实验操作规范,以确保实验结果的准确性。
05.单容水箱液位对象特性的测试
一、强电连线
将三相电源输出端U、V、W对应连接到三相磁力泵（～380V）的输入端U、V、W；将电动调节阀的～220V输入端L、N接至单相电源Ⅲ的3L、3N端；并将LT3下水箱液位钮子开关拨到“ON”位置。
将控制屏上的直流24V电源（+、-）端对应接到FM模块电源输入（+、-）端。
二、实验结构图
三、实验步骤
1. 按上述要求连接实验系统,并将对象相应的水路打开(打开阀F1-1、F1-2和F1-8，将阀F1-11开至一定开度，其余阀门均关闭)。
2. 用电缆线将对象和DCS控制台连接起来。
3. 合上DCS控制屏电源，启动服务器和主控单元。
4. 在工程师站的组态中选择“DCSsystem”工程进行编译下装。
5. 启动操作员站，在其运行界面中选择实验1，进入实验一流程图。
6. 启动对象总电源，并合上相关电源开关（三相电源、单相Ⅲ、24V电源），开始实验（如果是控制柜，打开三相电源总开关、三相电源、单相开关，并同时打开三相磁力泵电源开关、电动调节阀电源开关、控制站电源开关）。
7. 在流程图的液位测量值上点击左键，弹出PID窗口，手动调节输出为一适当的值，使下水箱的液位处于某一平衡位置。
8. 增大或减小手动输出量的大小，使其输出有一个正或负阶跃增量的变化（此增量不宜过大，以免水箱中的水溢出），让下水箱的液位进入新的平衡状态。
9. 在实验中可点击窗口中的“趋势”下拉菜单中的“综合趋势”，选择实验1曲线，可查看相应的实时曲线和历史曲线，并分析和计算出下水箱在固定的出水阀开度下的对象参数K及T值。
液位、流量测量与控制实验
7、待红色曲线与黄色曲线基本重合后，设置P、I值。
8、待两条曲线重合度最好且红色曲线没有尖点后，按键盘上的“PrintScreen”键，打开windows自带的画图板，点击“编辑”、“粘贴”。保存图片后，上传到FTP。
四实验思考题
1、查阅相关资料，了解变频器的工作原理。
实验三液位、流量测试与控制实验
一实验简介
通过液位、流量测试与控制实验，使材料成型与控制工程专业的本科生对材料加工过程中的物理量——流量、液位等的检测与控制方法、原理和硬件组成有比较深刻的了解。熟悉各种工业传感器、控制器的使用方法和原理。了解工业控制器的PID特性。
二实验原理
图1.1 A3000高级过程控制试验系统
2单容下水箱液位、调节阀PID单回路检测与控制实验
实验原理如图1.3所示
图1.3单容下水箱液位、调节阀PID单回路检测与控制实验示意图
实验原理与实验1基本相同，也是一组模拟量输出、一组模拟量输入。
3单容下水箱液位、变频器PID单回路检测与控制实验（选作实验）
实验原理如图1.4所示
图1.4单容下水箱液位、变频器PID单回路检测与控制实验示意图
4流量、变频器PID单回路检测与控制实验（选做实验）
实验原理如图1.5所示
图1.5流量、变频器PID单回路检测与控制实验示意图
实验原理与实验3基本相同，也是一组模拟量输出、一组模拟量输入。
三实验步骤及操作方法
1流量、调节阀PID单回路检测与控制实验
1、双击桌面上的 ，待软件打开后，直接单击 ，再单击“进入系统”选项，选择“流量调节阀控制”选项。进入检测控制界面。
5、在检测控制界面上，黄色曲线为设定值（sp设置），设定为30（下水箱容量的30%）。红色曲线为液位传感器的测量值，蓝色曲线为电动调节阀的开度。
单容水箱液位数学模型的测定实验
单容水箱液位数学模型的测定实验一、实验目的1、熟练掌握液位测量方法。
2、熟练掌握调节阀流量调节特性。
3、获得单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、实验结构介绍水流入量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。
通过物料平衡推导出的公式：μμk Q H k Q i O ==,那么 )(1H k k Fdt dH -=μμ，给定值 图4-1单容水箱液位数学模型的测定实验其中，F 是水槽横截面积。
在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成μμR k H dtdH RC =+。
公式等价于一个RC 电路的响应函数，C=F 就是水容，k H R 02=就是水阻。
如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S 函数表示：)1()(0+=TS S KR S G 。
相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》，金以慧编著。
2、控制系统接线表3参考结果单容水箱水位阶跃响应曲线，如图4-2所示：图4-2 单容水箱液位飞升特性此时液位测量高度184.5 mm ，实际高度184.5 mm -3.5 mm =181 mm 。
实际开口面积5.5x49.5=272.25 mm²。
此时负载阀开度系数：s m x H Q k /1068.6/5.24max -==。
水槽横截面积：0.206m²。
那么得到非线性微分方程为(标准量纲):：H H dt dH 24003.000138.0206.0/)668000.0000284.0(/-=-=进行线性简化，可以认为它是一阶惯性环节加纯延迟的系统)1/()(+=-Ts Ke s G s τ。
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实验一：对象特性测试实验
对象特性是指对象在输入的作用下，其输出的变量（即被控变量）随时间变化的特性。
对象特性测试实验的目的：通过实验掌握对象特性曲线的测量方法。
测量时应注意的问题：对象模型参数的求取。
液位装置中的液位对象是自衡对象，单个水槽是一阶对象，上水槽与下水槽可以组成二阶对象。
对象参数的求取:
一、传递函数的求取
1、一阶对象
W(s)=k0/(T0s+1)
K0=[y(∞)-y(0)]/x0
在0.632倍的稳态值处求取时间常数T0。
2、一阶加纯滞后的对象
对于有纯滞后的一阶对象，当阶跃响应曲线在t=0时，斜率为0；随着t的增加，其斜率逐渐增大；当到达拐点后斜率又慢慢减小，可见该曲线的形状为S 形，可用一阶惯性加时延环节来近似。
确定K0、T0和τ的方法如下：
K0
W(s)=----------------e-ts
T0s+1
K0=[y(∞)-y(0)]/x0
在阶跃响应的拐点（即斜率的最大处）作一切线并与时间坐标轴交与C点，则OC段的值即为纯滞后时间τ，而与CB段的值即为时间常数T0。
3、二阶或高阶对象
二阶过程的阶跃响应曲线，其传递函数可表示为
K0
W(s)=------------------- 式中的K0、T1、T2需从阶跃响应曲线上求出。
(T1s+1)(T2s+1)
K0=[y(∞)-y(0)]/x0
先在阶跃响应曲线上取
（1）y（t）稳态值的渐近线y（∞）；
（2）y（t1）=0.4 y（∞）时曲线上的点y1和相应的时间t1；
（3）y（t2）=0.8 y（∞）时曲线上的点y2和相应的时间t2；
然后，利用如下近似公式计算T1、T2。
（4）T1+T2=( t1+t2)/2.16
T1T2 t1
（5）-----------------------=1.74------- -- 0.55
(T1+T2)(T1+T2) t2
对于二阶过程，0.32<t1/t2<0.46。
当t1/t2=0.32时，为一阶环节（此时，时间常数T0=（t1+t2）2.12）；当t1/t2=0.46时，过程的传递函数W（s）=K0/（T0s+1）（T0s+1）（此时，T1=T2=T0=（t1+t2）/2×2.18）；当t1/t2>0.46时，应用高于二阶环节来近似。
二、实验中应注意的问题
1、测试前系统处于平衡状态，反应曲线的出始点应是输入信号的开始作阶跃信号的瞬间，这一段时间必须在记录纸上标出，以便推算纯滞后时间τ。
2、测试与记录工作必须持续到输出参数达到新的稳态值。
3、每次实验应在相同的条件下进行两次以上。
只有在所测试数据相同时方为合格。
4、为了进行线性校验，可作正、负两种干扰进行比较，也可作不同扰动量的实验。
1、下水箱单容特性测试实验
一、实验目的：
通过实验测定单容特性阶跃响应曲线，通过数据处理求取一阶环节的传递函数。
二、实验设备及参考资料：
1、PCS—E型过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、DDC控制单元、下水箱及液位变送器、水泵等）
2、实验操作指南。
三、实验步骤：
1、了解实验装置中的对象，流程图。
2、按附图下水箱单容特性测试实验接线图接好实验导线和通讯线。
3、将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。
4、将手动阀门1V1、1V10、V5打开，其余阀门全部关闭。
5、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开直流电压和DDC控制单元电源。
6、在信号板上打开电动调节阀输入信号、下水箱输出信号。
7、打开计算机上的组态王的“过程控制实验液位__液位”工程，进入运行环境，选择实验一下水箱单容特性测试实验，给“阀门开度op”设置一个初始值（20-40）使初始液位20左右。
8、在控制板上先打开电动调节阀，再打开水泵，即保证水路畅通的条件下，最后开泵，一定要注意先后顺序，避免水泵空抽，否则可能将水泵憋坏。
9、等待下水箱液位达到某一平衡位置，记下此时的阀门开度值。
10、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，估计下水箱水不要溢出），一般变化10%即可，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。
11、记录阶跃响应曲线，直至达到新的平衡为止。
12、设置阀门的开度为原来的值，记录一条液位下降的曲线（可以选作）。
13、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，和实验中自动求取的参数进行比较。
阶跃响应曲线数据处理记录表
按常规内容编写实验报告，并根据K0、T0、τ值写出广义的传递函数。
2、下水箱双容特性测试实验(选作)
一、实验目的
通过实验测定双容特性阶跃响应曲线，通过数据处理写出二阶环节的传递函数。
二、实验设备及参考资料
1、PCS—E型过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、DDC控制单元、上下水箱及液位变送器、水泵等）
2、实验操作指南。
三、实验步骤：
1、了解实验装置中的对象，流程图。
2、按附图下水箱双容特性测试实验接线图接好实验导线和通讯线。
3、将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。
4、将手动阀门1V1、1V10、V4、V5打开，其余阀门全部关闭。
5、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开直流电压和DDC控制单元电源。
6、在信号板上打开电动调节阀输入信号、下水箱输出信号。
7、打开计算机上的组态王的“过程控制实验液位__液位”工程，进入运行环境，选择实验一中的下水箱双容特性测试实验，给“阀门开度op”设置一个初始值。
8、在控制板上先打开电动调节阀，再打开水泵，一定要注意先后顺序，避免水泵空抽，保护实验设备。
9、准确记录此时的时间，备用，等待下水箱液位达到某一平衡位置，记下此时的阀门开度值。
10、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，估计下水箱水不要溢出），一般变化10%即可，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。
11、观察计算机上的实时曲线和历史曲线，直至达到新的平衡为止。
12、设置阀门的开度为原来的值，记录一条液位下降的曲线（可以选作）。
13、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，和实验中自动求取的参数进行比较。
按常规内容编写实验报告，并根据K0、T1、T2、τ值写出广义的传递函数。