过程控制―上水箱液位与进水流量串级控制系统.
实验三 水箱液位串级控制系统实验
（实验三）水箱液位串级控制系统实验报告班级测控四班学号0800201428 姓名王常玥一、实验目的1．通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。
2．掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4．掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验原理本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。
主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为锅炉汽包，其液位为系统的主控制量。
副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为上水箱，又称副对象，其液位为系统的副控制量。
主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。
副调节器的的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI 或PID控制。
由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P 调节器。
本实验系统结构图和方框图如图4-2所示。
图4-2 水箱液位串级控制系统(a)结构图(b)方框图三、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。
四、实验内容与步骤本实验选择上水箱和锅炉汽包，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-6、F2-14全开，F1-9 、F2-15开适当开度（F1-9﹥F2-15），其余阀门均关闭。
1．按照第一章1-6用网线和交换机连接操作员站和服务器，以及服务器和主控单元，“SA31 FM148现场总线远程I/O模块”、“SA31 FWM158现场总线远程I/O模块”挂件挂到屏幕上，并将挂件的通讯线街头插入屏内Profibus-DP总线接口上，将控制屏左侧Profibus-DP总线连接到主控单元DP口，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。
水箱液位串级控制系统
水箱液位串级控制系统一、实验目的1．通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。
2．掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3．了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4．掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备（同前）三、实验原理本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。
主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。
副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，中水箱的液位为系统的副控制量。
主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。
副调节器的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制下水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID控制。
由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器。
本实验系统结构图和方框图如图5-2所示。
图5-2 水箱液位串级控制系统(a)结构图(b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象（也可选择上水箱和中水箱）。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度（40%～90%）、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（30%～80% 要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。
具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。
（一）、智能仪表控制1．将两个SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。
将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“OFF”的位置，将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
上水箱液位与进水流量串级控制系统设计
课程设计任务书摘要设计采用水箱液位和注水流量串级控制，设计系统主要由水箱、管道、三相磁力泵、水压传感器、涡轮流量计、变频器、可编程控制器及其输入输出通道电路等构成。
系统中由液位PID控制器的设定值端口设置液位给定值，水压力传感器检测液位。
涡轮流量计测流量，变频器调节水泵的转速，采用PID算法得出变频器输出值，实现流量的控制。
流量控制是内环，液位控制是外环。
用WinCC组件制作相对应的控制画面，让画面的个按钮与变量相对应，对系统的个参数进行整定，通过不断的调试，使系统尽可能的保持在要求的位置。
系统电源由接触器和按钮控制，系统电源接通后PLC进行必要的自检和初始化，控制器接收到系统启动按钮动作信号后，通过接触器接通电机电源，启动动力系统工作，开始两个闭环系统的调节控制。
关键词：串级控制；PLC控制；PID控制；WinCC组件目录一、概述 (1)1.1 串级控制系统简介 (1)1.2 串级控制系统的特点 (1)1.3 主、副调节器控制规律的选择 (1)1.4 串级控制系统的整定方法 (2)二、课程设计使用的实验设备 (3)2.1 高级过程控制系统实验装置 (3)2.1.1 电源控制台 (3)2.1.2 总线控制柜 (3)2.2 计算机及相关软件 (3)2.2.1 STEP 7简介 (3)2.2.2 WINCC简介 (4)三、基本原理 (5)3.1 系统组成 (5)3.1.1 被控对象 (5)3.1.2 检测装置 (5)3.1.3 执行机构 (6)3.1.4 控制器 (6)3.2 系统工作原理 (6)3.3 控制系统流程图 (7)3.4 系统投入运行步骤 (8)四、串级控制系统PID参数整定 (11)4.1 调节器参数整定过程 (11)4.1.1 主调节器为PID (11)4.1.2 主调节器为PI (13)4.2 系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能 (15)4.3 主、副调节器采用不同PID参数时对系统动态性能的影响 (16)结束语 (17)参考文献 (18)一、概述1.1 串级控制系统简介图2.1是串级控制系统的方框图。
水箱水位与水泵供水流量串级控制系统
水箱水位与水泵供水流量串级控制系统
简介
本文档将介绍一种水箱水位与水泵供水流量串级控制系统，该系统可以根据水箱的水位变化自动调整水泵的供水流量，确保水箱的水位处于合适的范围内。
系统原理
该系统由水箱、水位传感器、水泵和控制器组成。
水位传感器安装在水箱中，用于测量水位的变化。
控制器根据传感器测量到的水位信息，通过调整水泵的供水流量来控制水箱的水位。
系统工作流程
1. 当水箱的水位低于设定的最低水位时，控制器将开启水泵，并将供水流量调至最大。
2. 当水箱的水位达到设定的最高水位时，控制器将关闭水泵。
3. 当水箱的水位处于最低水位和最高水位之间时，控制器将根据水位的变化调整水泵的供水流量。
水位上升时，供水流量逐渐减小；水位下降时，供水流量逐渐增大。
通过这种方式，系统可以稳定地控制水箱的水位。
优点与应用
该系统具有以下优点：
- 系统简单可靠，易于实现和维护。
- 可根据实际需求设定水位范围，确保水箱的水位在合适的范围内。
- 可自动调整供水流量，避免过度供水或供水不足的情况。
该系统适用于以下场景：
- 水箱供水系统，如楼宇供水系统、农田灌溉系统等。
- 需要稳定控制水位的场合，如水池、水塔等。
总结
水箱水位与水泵供水流量串级控制系统是一种简单可靠的系统，可根据水箱的水位变化自动调整水泵的供水流量。
通过该系统，可
以确保水箱的水位在合适的范围内，避免供水过度或不足的情况发生。
该系统适用于各种水箱供水系统的场合。
过程控制实训指导书
过程控制工程实训报告学号：班别：姓名：实验一上水箱特性测试实验一、实验目的：了解调节器的功能和操作方法，学会使用调节器。
通过实验，了解对象特性曲线的测量的思路和方法，掌握对象模型参数的求取方法。
二、实验设备：水泵Ⅰ、变频器、压力变送器、调节器、主回路调节阀、上水箱、上水箱液位变送器、调节器、电流表。
图1.1实验接线图三、实验步骤：1、认识实验系统，了解本实验系统中的各个对象。
了解本实验系统中各仪表的名称、基本原理以及功能，掌握其正确的接线与使用方法，以便于在实验中正确、熟练地操作仪表读取数据。
熟悉实验装置面板图，做到根据面板上仪表的图形、文字符号找到该仪表。
熟悉系统构成和管道的结构，认清电磁阀和手动阀的位置及其作用。
本实验采用调节器手动输出控制调节阀，计算机采集并记录数据。
图1.2 上水箱特性测试（调节器控制）系统框图图1.3 恒压供水（调节器控制）系统框图2、将上水箱特性测试（调节器控制）实验所用的设备，参照流程图和系统框图接线。
3、确认接线无误后，接通总电源、各仪表的电源，打开上水箱进水阀和下水箱排水阀。
4、设置调节器参数，使用手动输出功能。
（注意：更改调节器参数时，严禁用指甲按调节器面板，为防止损坏面板上的按钮，应用手指均匀用力）按调节器的增/减键改变输出值，使上水箱的液位处于某一平衡位置，记下此时手动输出值。
5、按调节器的增/减键增加调节器手动输出，给系统输入幅值适宜的阶跃信号(阶跃信号不要太大)，使系统的输出产生变化，在液位较高处达到新的平衡状态。
6、观察计算机采集的上水箱液位的阶跃响应和历史曲线。
7、调节器的手动输出回到原来的输出值，记录液位下降的曲线。
8、曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表格1。
四、试验报告：根据试验结果编写实验报告，并计算出K、T、τ的平均值，写出系统的广义传递函数（等效成惯性环节，K为静态增益，T为时间常数，τ为延迟时间）。
实验二压力单闭环实验一、实验目的：通过实验掌握单回路控制系统的构成。
过程控制课程设计之液位流量串级控制系统
实用文档文案大全目录第一章概述 (4)1.1本课程设计的研究意义 (4)1.2本课程设计的目的和内容 (4)第二章系统结构的控制方案 (5)2.1控制系统在世界应用中的重要意义 (5)2.2系统结构设计 (5)2.3控制系统的总体方框图及工作过程 (6)2.3.1被控对象的分析 (6)第三章 PID参数整定 (7)3.1控制规律的比较与选择 (8)3.1.1常见控制规律的类型及优缺点的比较 (8)第四章设备的选型 (11)4.1液位传感器 (11)4.2电磁流量传感器 (11)4.3电动调节阀 (11)4.5变频器 (12)4.6模块选择 (12)4.7适合本系统的检测转换元件 (12)4.8液位检测转换元件 (13)4.9执行元件的选择性能参数 (13)第五章系统仿真和结果分析 (14)第六章实际控制系统的运行与调试 (15)6.1实际控制系统的组成的动态运行图 (15)6.2实际控制系统的运行调试方法 (15)6.3实际控制系统的调试步骤 (17)6.4运行调试中的问题及解决方法 (18)实用文档文案大全第一章概述1.1 本课程设计课题研究的意义随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。
在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。
在单回路控制方案基础上提出的串级控制方案，则对提高过程控制的品质有极为明显的效果。
串级控制系统具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。
因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好，而且串级控制系统利用一般常规仪表就能够实现，所以，串级控制是一种易于实现且效果又较好的控制方法。
本课程设计课题讨论了一个简单的液位流量串级控制系统的设计方法及步骤。
液位和流量是工业生产过程中最常用的两个测控参数，因此本课程设计课题具有较大的现实意义。
1.2 本论文的目的和内容1.2.1 目的通过课程设计，加深对所学传感器技术、转换技术、电子技术、自动控制原理以及过程控制的基本原理、基本知识的理解和应用，掌握串级控制系统的设计步骤和方法，掌握工程整定参数方法，培养创新意识，增强动手能力，为今后工作打下一定的理论和实践基础。
过程控制—上水箱液位与进水流量串级控制系统
1 过程控制系统简介1.1 系统组成本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。
系统动力支路分两路：一路由三相（380V交流）磁力驱动泵、气动调节阀、直流电磁阀、PA电磁流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1、被控对象水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。
储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。
模拟锅炉：此锅炉采用不锈钢制成，由加热层（内胆）和冷却层（夹套）组成。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度。
盘管：长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在盘管上有两个不同的温度检测点，因而有两个不同的滞后时间。
管道：整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
2、检测装置压力传感器、变送器：采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的压力传感器和工业用的扩散硅压力变送器，扩散硅压力变送器含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。
温度传感器：本装置采用六个Pt100传感器，分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。
六个Pt100传感器的检测信号中检测锅炉内胆温度的一路到SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的温度变送器，直接转化成数字信号；另外五路经过常规温度变送器，可将温度信号转换成4～20mADC电流信号。
流量传感器、转换器：流量传感器分别用来对调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。
本装置采用两套流量传感器、变送器分别对变频支路及盘管出口支路的流量进行测量，调节阀支路的流量检测采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯接口的检测和变送一体的电磁式流量计。
3、执行机构调节阀：采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的气动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。
水箱液位串级控制实验
第六节水箱液位串级控制实验一、实验目的1. 熟悉串级控制系统的结构与特点2. 掌握串级控制系统的投运与参数的整定方法3. 研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响二、实验设备1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2. 计算机、上位机MCGS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6-1 液位串级控制系统的结构图图6-2 液位串级控制系统的方框图本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主、副两个回路组成。
每一个回路中都有一个属于自己的调节器和控制对象，即主回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，作为系统的被控对象，下水箱的液位为系统的主控制量。
副回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，它的输出是一个辅助的控制变量。
本系统控制的目的不仅使系统的输出响应具有良好的动态性能，且在稳态时，系统的被控制量等于给定值，实现无差调节。
当有扰动出现于副回路时，由于主对象的时间常数大于副对象的时间常数，因而当被控制量（下水箱的液位）未作出反映时，副回路已作出快速响应，及时地消除了扰动对被控制量的影响。
此外，如果扰动作用于主对象，由于副回路的存在，使副对象的时间常数大大减小，从而加快了系统的响应速度，改善了动态性能。
图6-1为实验系统的结构图，图6-2为相应控制系统的方框图。
四、实验内容与步骤1.按图6-1要求，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、F1-11，且使阀F1-10的开度略大于F1-11。
4.按经验数据预先设置好副调节器的比例度。
5.调节主调节器的比例度，使系统的输出响应出现4：1的衰减度，记下此时的比例度δS和周期TS。
据此，按经验表查得PI的参数对主调节器进行参数整定。
6.手动操作主调节器的输出，以控制电动调节阀支路给中水箱送水的大小，等中、下水箱的液位相对稳定，且下水箱的液位趋于给定值时，把主调节器切换为自动。
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目录1 过程控制系统简介 (2)1.1 系统组成 (2)1.2 电源控制台 (3)1.3 总线控制柜 (3)2 实验原理 (4)2.1 单容水箱设备工作原理 (4)2.2 双容水箱设备工作原理 (7)2.3 系统工作原理 (9)2.4 控制系统流程图 (9)3实验结果分析 (11)3.1 实验过程 (11)3.2实验分析 (12)3.2.1单容水箱实验结果分析 . (12)3.2.2双容水箱实验结果分析 . (14)3.2.3单容双容水箱比较 . (16)3.3实验结论 (17)总结 . (18)参考文献 (19)1 过程控制系统简介1.1 系统组成本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。
系统动力支路分两路：一路由三相（380V 交流）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、PA 电磁流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V 变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1、被控对象水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。
储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。
管道：整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
2、检测装置压力传感器、变送器：采用SIEMENS 带PROFIBUS-PA 通讯协议的压力传感器和工业用的扩散硅压力变送器，扩散硅压力变送器含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。
流量传感器、转换器：流量传感器分别用来对调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。
本装置采用两套流量传感器、变送器分别对变频支路及盘管出口支路的流量进行测量，调节阀支路的流量检测采用SIEMENS 带PROFIBUS-PA 通讯接口的检测和变送一体的电磁式流量计。
3、执行机构调节阀：采用SIEMENS 带PROFIBUS-PA 通讯协议的电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。
它具有精度高、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等优点。
变频器：本装置采用SIEMENS 带PROFIBUS-DP 通讯接口模块的变频器，其输入电压为单相AC220V ，输出为三相AC220V 。
水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P ，流量为32升/分，扬程为8米，功率为180W 。
可移相SCR 调压装置：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA 标准电流信号。
输出电压用来控制加热器加热，从而控制锅炉的温度。
电磁阀：在本装置中作为气动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。
电磁阀型号为：2W-160-25 ；工作压力：最小压力为0Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝2 ；工作温度：－5～80℃。
4、控制器控制器采用SIEMENS 公司的S7300 CPU，型号为315-2DP ，本CPU 既具有能进行多点通讯功能的MPI 接口，又具有PROFIBUS-DP 通讯功能的DP 通讯接口。
5、空气压缩机1.2 电源控制台电源控制屏面板：充分考虑人身安全保护，带有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。
仪表综合控制台包含了原有的常规控制系统，由于它预留了升级接口，因此它在总线控制系统中的作用就是为上位控制系统提供信号。
1.3 总线控制柜总线控制柜有以下几部分构成：(1 控制系统供电板：该板的主要作用是把工频AC220V 转换为DC24V ，给主控单元和DP 从站供电。
(2 控制站：控制站主要包含CPU 、以太网通讯模块、DP 链路、分布式I/O DP从站和变频器DP 从站构成。
(3 温度变送器： PA 温度变送器把PT100的检测信号转化为数字量后传送给DP 链路。
2 实验原理2.1 单容水箱设备工作原理单容实验系统结构图和方框图如图1所示。
被控量为中水箱的液位高度，实验要求它的液位稳定在给定值。
将压力传感器LT1检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI 或PID 控制。
图2.1 单容水箱图 (a结构图 (b方框图所谓单容过程，是指只有一个贮蓄容量的过程。
单容过程还可分为有自衡能力和无自衡能力两类。
一、自衡过程的建摸所谓自衡过程，是指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠起自身重新恢复平衡的过程。
图2-1所示为一个单容液位被控过程，其流入量Q 1，改变阀1的开度可以改变Q 1的大小。
其流出量为Q 2，它取决于用户的需要改变阀2开度可以改变Q 2。
液位h 的变化反映了Q 1与Q 2不等而引起贮罐中蓄水或泄水的过程. 若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 2=A将公式（2-1）表示成增量式为 dh dt (2-1∆Q 1-∆Q 2=A d ∆hdt (2-2在静态时，Q 1=Q 2；当Q 1发生变化时，液位h 随之变化，贮蓄出口处的静压随之变化，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 与流量之间为非线形关系[2]。
但为了简化起见，经线形变化，则可近似认为Q 2与h 成正比关系，而与阀2的阻力R 2成反比。
为了求单容过程的数学模型，需消去中间变量Q 2。
消去中间变量的方法很多，如可用代数代换法，可用信号流图法，也可用画方框图的方法。
这里，介绍后一种方法。
2（a ）X0 t 0图2-2液位被控过程及其阶跃响应单容液位过程的传递函数为：W 0(s =K 0H (s R 2==Q 1(s R 1Cs +1T 0s +1 (2-3式中：T 0——过程的时间常数，T 0=R 2c ；K 0——过程的放大系数，K 0=R 2；C ——过程的容量系数，或称过程容量。
被控过程都具有一定贮存物料或能量的能力，其贮存能力的大小，称为容量或容量系数。
其物理意义:是：引起单位被控量变化时被控过程贮存两变化的大小。
图2-2（b ）所示为单容液位被控过程的阶跃响应曲线。
从上述分析可知，液阻R 2不但影响过程的时间常数T 0，而且还影响过程的放大系数K 0，而容量系数C 仅影响过程的时间常数。
在工业生产过程中，过程的纯时延问题是经常碰到的。
如皮带运输机的物料传输过程，管道输送、管道反应和管道的混合过程等。
下面讨论纯时延过程的建模。
图2-3 纯时延单容过程及其响应曲线图2-3所示，流量Q 1通过长度为l 的管道流入贮罐。
当进水阀开度产生扰动后，Q 1需要流经管道长度为l 的传输时间t 0后才流入贮罐，才使液位h发生变化。
具有纯时延单容过程的阶跃响应曲线如图2-2曲线2所示，它与无时延单容过程的阶跃响应曲线在形状上完全相同，仅差一纯时延t 0。
具有纯时延单容过程的微分方程和传递函数为d ∆h T 0+∆h =K 0Q 1(T -t 0 dt W 0(s=K 0H(s=e -t 0s Q 1(sT 0s +1 (2-4式中：T 0——过程的时间常数，T 0=R 2c ；K 0——过程的放大系数，K 0=R 2；t 0——过程的纯时延时间。
二、无自衡过程的建模所谓无自衡过程，是指过程在扰动的作用下，其平衡状态被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身能力不能重新恢复平衡的过程。
2.2 双容水箱设备工作原理双容实验系统结构图和方框图如图1所示。
被控量为上水箱的液位高度，实验要求它的液位稳定在给定值。
将压力传感器LT1检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI 或PID 控制。
图2.5 双容水箱图 (a结构图 (b方框图在工业生产过程中，被控过程往往是由多个容积和阻力构成，这种过程称为多容过程。
现在，以具有自衡能力的双容过程为例，来讨论其建立数学模型的方法。
其被控量是第二只水箱的液位h 2，输入量为Q 1与上述分析方法相同，根据物料平衡关系可以列出下列方程∆Q 1-∆Q 2=C 1d ∆h 1 (2-5 dt∆Q 2=∆h 1R 2 (2-6 d ∆h 2dt (2-7 ∆Q 2-Q 3=C 2∆Q 3=∆h 2R 3 (2-8为了消去双容过程的中间变量h 1、Q 2、Q 3，将上述方程组进行拉氏变换。
W 0(s =K 0H 2(s =Q 1(s (T 1s +1(T 2s +1 (2-9 式中：R 1——第一只水箱的时间常数，T 1=R 2C 1；T 2——第二只水箱的时间常数，T 2=C 2R 3；K 0——过程的放大系数，K 0=R 3；C 1, C 2——分别是两只水箱的容量系数。
流量Q 1有一阶跃变化时，被控量h 2的响应曲线。
与单容过程比较，多容过程受到扰动后，被控参数h 2的变化速度并不是一开始就最大，而是要经过一段时延之后才达到最大值。
即多容过程对于扰动的响应在时间上存在时延，被称为容量时延。
产生容量时延的原因主要是两个容积之间存在阻力，所以使h 2的响应时间向后推移。
容量时延可用作图法求得，即通过h 2响应曲线的拐点D 作切线，与时间轴相交与A ，与h 2相交与C ，C 点在时间轴上的投影B ，OA 即为容量时延时间t c ，AB 即为过程的时间常数T 。
对与无自衡能力的双容过程，被控量为h 2，输入量为Q 1。
Q 1产生阶跃变化时，液位h 2并不立即以最大的速度变化，由于中间具有容积和阻力。
h 2对扰动的响应有他、一定的时延和惯性。
W 0(s =H 2(s 11 (2-10 =Q 1(s T 0s (Ts +1式中：T 0——过程积分时间常数，T 0 = C2；T——第一只水箱的时间常数。
同理，无自衡多容过程的数学模型为W 0(s =11 (2-11 T 0s (Ts +1 n当然无自衡多容过程具有纯时延时，则其数学模型为11-t 0s (2-12 e n T 0s (Ts +1 W 0(s =2.3 系统工作原理本系统的主控量为上水箱的液位高度H ，副控量为气动调节阀支路流量Q ，它是一个辅助的控制变量。
系统由主、副两个回路所组成。
主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量H 等于给定值，因而系统的主调节器应为PI 或PID 控制。
副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量H 的控制目的，因而副调节器可采用P 控制。
但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI 控制规律。