CS2000双容下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么特点?，分析双容系统的飞升特性。 二、实验设备

CS2000型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。 三、实验原理

Q3

图2-1 双容水箱系统结构图

如图2-1所示：这是由两个一阶非周期惯性环节串联起来，输出量是下水箱的水位h2。当输入量有一个阶跃增加 Q1时，输出量变化的反应曲线如图2-2所示的 h2曲线。它不再是简单的指数曲线，而是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τ

C

代

表之。设流量Q1为双容水箱的输入量，下水箱的液位高度h2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：

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。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2-3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=0.32 h2(∞)时曲线上的 点A和对应的时间t1；

3）、h2（t）|t=t2=0.63 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 中的参数K、T1和T2。其中：

0.8h2h2h200.4h2 图2-3、阶跃响应曲线

1

四、实验内容和步骤 1、 设备的连接和检查：

（1）、开通以水泵、电动调节阀、孔板流量计以及上水箱出水阀所组成的水路系统;关闭通往其他对象的切换。

（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。 2、实验步骤

1）、开启电源开关。启动计算机DCS组态软件，进入实验系统相应的实验二。 2）、开启单相泵电源开关，启动动力支路。在上位机软件界面用鼠标点击调出PID窗体框，然后在“MV”栏中设定电动调节阀一个适当开度。（此实验必须在手动状态下进行）将被控参数液位高度控制在30%处（一般为10cm）。

3）、观察系统的被调量——水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录系统输出值， 以及水箱水位的高度h2和上位机的测量显示值并填入下表。

4）、迅速增加系统手动输出值，增加10%的输出量，记录此引起的阶跃响应的过程参数，均可在上位软件上获得各项参数和数据，并绘制过程变化曲线。

5）、直到进入新的平衡状态。再次记录测量数据，并填入下表：

6）、将系统输出值调回到步骤4）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引起的阶跃响应过程参数与曲线。填入下表：

7）、重复上述实验步骤。 五、注意事项

1）做本实验过程中，出水阀不得任意改变开度大小。

2）阶跃信号不能取得太大，以免影响正常运行；但也不能过小，以防止影响对象特性参数的精确性。一般阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。 3）在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。