雙容水箱液位特性測試實驗
一、實驗目的1．熟悉雙容水箱的數學模型，掌握雙容水箱特性的階躍響應曲線測試方法；
2．根據由實驗測得的雙容液位的階躍響應曲線，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
雙容水箱示意圖如圖2.1.9所示。
圖2.1.9 具有自衡能力的單容水箱示意圖
根據物料平衡方程，可得出雙容液位過程的傳遞函數為
（2.7）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（2.8）表示
（2.8）增益K的計算方法與一階系統的求法相同，即：
（2.9）再根據階躍響應曲線脫離起始的毫無反應的階段，開始出現變化的時候，就可以確定參數
。剩下的問題就是用式（2.10）來擬合已去掉純延遲部分并已化為無量綱形式的階躍響應
：
（2.10）式（2.10）對應的階躍響應為：
（2.11）根據上式，就可以利用階躍響應上兩個點的數據
和
確定參數
和
。例如，可以取分別等于0.4和0.8，從曲線上定出
和
。如圖2.1.10所示。
圖2.1.10根據階躍響應曲線上兩個點確定
和
聯立方程如下式所示：
（2.12）上式的近似解為：
（2.13）
（2.14）對于用式（2.8）表示的二階對象，應有：
（2.15）四、實驗內容與步驟
1．了解實驗裝置中的對象，流程圖如圖2.1.11所示。
圖 2.1.11上下水箱雙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，將下水箱液位信號LT2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．在控制板上打開水泵、電動電動調節閥電源開關。
7．打開計算機上的 MCGS運行環境，選擇“系統管理”下拉菜單中的“用戶登錄”。如圖2.1.12所示。
圖2.1.12MCGS工作界面
8．出現的窗口如圖2.1.13所示。
圖2.1.13用戶登錄”界面
9．點擊“確認”，用戶登錄完畢。選擇“特性實驗”下拉菜單中的“上下水箱雙容特性實驗”。如圖2.1.14所示。
圖2.1.14“特性實驗”下拉菜單
10．出現如圖2.1.15所示的“上下水箱雙容特性實驗”界面。
圖2.1.15 “上下水箱雙容特性實驗”界面
11．點擊“參數設置”，出現的界面如圖2.1.16所示。
圖2.1.16 “參數設置”界面
12．將AI0設置為0 – 30。點擊退出，參數設置完畢。
13．設置閥門開度值，使下水箱液位處于某一平衡位置，記下此時的閥門開度值和電流值。
14．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。
15．對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理，處理結果記錄表中
階躍響應曲線數據處理記錄表
|
測量情況 參數值 |
|||
| K1 | T1 | τ1 | |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 平均值 | |||
五、實驗報告要求
1．畫出雙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，分析并計算出雙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兩個出水閥開度的大小？
2． 為什么正向輸入和反向輸入的K、T，t有所不同？
3． 引起雙容對象滯后的因素主要有哪些？