1.熟悉單容水箱的數學模型，掌握單容水箱特性的階躍響應曲線測試方法；
2..根據實驗測得的液位階躍響應曲線，確定其特征參數K、
、
及傳遞函數。二、實驗設備
1．IPA 1 COMPACT STATION—DDC控制模塊
2．計算機及MCGS組態軟件—DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG
3．實驗專用線若干及RS485轉232通訊線一根。
三、實驗原理
階躍響應測試法是被控對象在開環運行狀態下，待工況穩定后，通過控制器手動操作改變對象的輸入信號（階躍信號），同時記錄對象的輸出數據和階躍響應曲線。然后根據跟定對象模型的形式，對實驗數據進行合理的處理，確定模型中的相關參數。
具有自衡能力的單容水箱示意圖如圖2.1所示。
圖2.1.1 具有自衡能力的單容水箱示意圖
根據物料平衡方程，可得出單容液位過程的傳遞函數為
（2.1）考慮到對象的滯后時間，則單容液位過程的傳遞函數可用式（2.2）表示
（2.2）通過實驗的方法，可以測得一階系統的階躍響應模型。
實驗方法如下：
圖2.1.2 具有純滯后的一階慣性對象的S型階躍響應曲線
1．手動改變控制器的輸出信號
，觀察被控變量
的變化過程。2．由階躍響應曲線計算被測對象的特征參數
對象的近似模型：
（2.3）由圖2.2可得，穩態增益
為：
（2.4）純滯后時間
與時間常數
分別為 ：
（2.5）
（2.6）四、實驗內容與步驟（以差壓變送器液位信號舉例）
1．了解實驗裝置中的對象，流程圖如圖2.1.3所示。
圖2.1.3 上水箱單容特性測試實驗流程圖2．接好實驗導線。
在傳感器信號輸出區域，將上水箱液位信號LT1用實驗線連接到DDC控制模塊的AI0信號輸入端，正負一一對應。
將DDC控制模塊輸出信號AO0連接到執行器控制信號輸入區的電動調節閥控制信號端口，正負一一對應。
3．使用485轉232通訊線將控制臺側邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機連接。
4．將手動閥門1V1、V3、V4打開，將手動閥門1V2關閉。
5．先打開控制臺左側的總電源開關，按“Start”按鈕啟動設備，再打開DDC電源開關。
6．運行計算機上的 DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG工程，選擇“系統管理”下拉菜單中的“用戶登錄”。如圖2.1.4所示。
圖2.1.4 MCGS登錄界面
7．出現窗口如圖2.5所示。
圖2.1.5 用戶登錄界面
8．點擊“確認”，用戶登錄完畢。選擇“特性實驗”下拉菜單中的“上水箱單容特性實驗”。如圖2.1.6所示。
圖2.1.6“特性實驗”下拉菜單
9．出現如圖2.1.7所示的“單容特性實驗”界面。
圖2.1.7 “單容特性實驗”界面
10．點擊“參數設置”，出現的界面如圖2.8所示。
圖2.1.8 “參數設置”界面
11．將AI0設置為0 – 30。點擊退出，參數設置完畢。
12．設置閥門開度值（如：25%），在控制臺上打開水泵、電動調節閥電源。
13．增大閥門開度值，使系統輸入幅值適宜的階躍信號（階躍信號不要太大，估計上水箱水不要溢出），這時系統輸出也有一個變化的信號，使系統在較高液位也能達到平衡狀態。記下此時的電流值。
14．觀察計算機上的實時曲線和歷史曲線，直至達到新的平衡為止。
15．將閥門開度設置回原來的值，記錄一條液位下降的曲線。
16．曲線的分析處理，對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理，處理結果記錄于表中。
17．實驗結束后，關閉水泵1、電動調節閥電源，拆除實驗線。
階躍響應曲線數據處理記錄表
|
測量值況 參數值 |
低液位 | ||
| K1 | T1 | τ1 | |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 平均值 | |||
五、實驗報告要求
1. 畫出單容水箱液位特性測試實驗的結構框圖。
2. 根據實驗得到的數據及曲線，分析并計算出單容水箱液位對象的參數及傳遞函數。
六、思考題
1. 做本實驗時，為什么不能任意改變出水閥V3開度的大小？
2. 用響應曲線法確定對象的數學模型時，其精度與那些因素有關？