宁波工程学院 过程控制系统 CS4000DCS实验指导书 廖远江 201402(4次实验)
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（3）、减小P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
（4）、增大P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
（5）、选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值（如设定
值由50％变为60％），同样可以得到一条过渡过程曲线。
(6)、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图3-2中的曲线①、②、③所示。
(3)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）
（4）、观察系统的被调量：左上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h1和上位机的测量显示值并填入下表。
系统输出值
水箱水位高度h1
上位机显示值
0~100
cm
过程控制系统
实验指导书
宁波工程学院
电子与信息工程学院
电气工程及其自动化教研室
一、实验目的
（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。
二、实验设备
CS4000型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。
三、系统结构框图
三、实验原理
图4-1、双容水箱液位控制系统的方框图
图4-1为双容水箱液位控制系统。这也是一个单回路控制系统，它与实验三不同的是有两个水箱相串联，控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度，具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响功能。显然，这种反馈控制系统的性能完全取决于调节器Gc（S）的结构和参数的合理选择。由于双容水箱的数学模型是二阶的，故系统的稳定性不如单容液位控制系统。
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。
系统输出值
水箱水位高度h2
上位机显示值
0~100
cm
cm
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。
2）、如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？
一、实验目的
1）、熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理。
2）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的控制性能。
3）、定性地分析P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备
CS4000型过程控制实验装置、计算机、DCS控制系统与监控软件。
T（秒）
水箱水位h2(cm)
上位机读数(cm)
5）、直到进入新的平衡状态。再次记录测量数据，并填入下表：
系统输出值
水箱水位高度h2
上位机显示值
0~100
cm
cm
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：
T（秒）
水箱水位h2(cm)
上位机读数(cm)
2）根据实验原理中所述的方法，求出二阶环节的相关参数。
3）试比较二阶环节和一阶环节的不同之处。
七、思考题
1）在做本实验时，为什么不能任意变化右下水箱出水阀的开度大小？
2）用两点法和用切线法对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点？
一、实验目的
1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
cm
（7）、将系统输出值调回到步骤5）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：
t（秒）
水箱水位h1(cm)
上位机读数(cm)
（8）、重复上述实验步骤。
六、实验报告要求
（1）作出一阶环节的阶跃响应曲线。
（2）根据实验原理中所述的方法，求出一阶环节的相关参数。
七、注意事项
四、实验内容和步骤
1、设备的连接和检查：
（1）、开通以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计以及右下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）、将右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）。
五、实验报告要求
1）、作出P调节器控制时，不同P值下的阶跃响应曲线。
2）、作出PI调节器控制时，不同P和Ti值时的阶跃响应曲线。
3）、画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。
4）、比较P、PI和PID三种调节器对系统无差度和动态性能的影响。
六、思考题
1）、试定性地分析三种调节器的参数P、（P、Ti）和（P、Ti和Td）的变化对控制过程各产生什么影响？
(1)关闭出水阀,将CS4000实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
(2)打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至左上水箱的出水阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。
(3)打开左上水箱的出水阀至适当开度。
2）实验步骤
(1)打开丹麦泵、电动调节阀的电源开关。
(2)启动DCS与Advantrol Pro2.5上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验一画面。
图3-2、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
四、实验内容和步骤
1)设备的连接和检查：
(1)将实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
(2)打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至左上水箱的出水阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。
(3)打开左上水箱的出水阀至适当开度。
2）实验步骤
1）启动动力支路电源。
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=0.4h2(∞)时曲线上的
当t=T时，则有：
h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)
即 h(t)=KR0(1-e-t/T)
当t—>∞时，h（∞）=KR0，因而有
K=h（∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入
式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得图1-2所示的
7）、重复上述实验步骤。
五、注意事项
1）做本实验过程中，阀10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。
六、实验报告要求
1）作出二阶环节的阶跃响应曲线。
如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：
在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：
式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数，R1、R2分别为V1、V2阀的液阻，C为水箱的容量系数。令输入流量Q1的阶跃变化量为R0，其拉氏变换式为Q1（S）=RO/S，RO为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：
cm
（5）、迅速增加系统输出值，增加5%的输出量，记录此引起的阶跃响应的过程参数，它们均可在上位软件上获得。以所获得的数据绘制变化曲线。
T（秒）
ห้องสมุดไป่ตู้水箱水位h1(cm)
上位机读数(cm)
（6）、直到进入新的平衡状态。再次记录平衡时的下列数据，并填入下表：
系统输出值
水箱水位高度h1
上位机显示值
0~100
cm
点A和对应的时间t1；
3）、h2（t）|t=t2=0.8 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
2-1中的参数K、T1和T2。其中：
图2-3、阶跃响应曲线
对于式（2-1）所示的二阶过程，0.32〈t1/t2〈0.46。当t1/t2=0.32时，可近似为一阶环节；当t1/t2=0.46时，过程的传递函数G(S)=K/(TS+1)2（此时T1=T2=T=(t1+t2)/2*2.18）
阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T，该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T，其理论依据是：
上式表示h（t）若以在原点时的速度h（∞）/T恒速变化，即只要花T秒时间就可达到稳态值h（∞）。
五、实验内容步骤
1)对象的连接和检查：
2）启动DCS与Advantrol PRO2.5上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验三画面。
3)在上位机软件界面用鼠标点击调出PID窗体框，用鼠标按下自动按钮，在“设定值”栏中输入设定的上水箱液位。
4)比例调节控制
（1）设定给定值，调整P参数。
（2）、待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。
（1）本实验过程中，左上水箱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，以防止因读数误差和其他随机干扰影响对象特性参数的精确度。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。
八、思考题
（1）在做本实验时，为什么不能任意变化左上水箱出水阀的开度大小？
(2)用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点?
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，分析双容系统的飞升特性。
二、实验设备
CS4000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
图2-1 双容水箱系统结构图
单容水箱如图1-1所示：
图1-1、 单容水箱系统结构图
四、实验原理
阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。
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τC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：
3）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备
CS4000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
图3-1为单回路上水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用DCS系统控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
（4）、增大P重复步骤4，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
（5）、选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值（如设定
值由50％变为60％），同样可以得到一条过渡过程曲线。
(6)、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图3-2中的曲线①、②、③所示。
(3)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）
（4）、观察系统的被调量：左上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h1和上位机的测量显示值并填入下表。
系统输出值
水箱水位高度h1
上位机显示值
0~100
cm
过程控制系统
实验指导书
宁波工程学院
电子与信息工程学院
电气工程及其自动化教研室
一、实验目的
（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。
二、实验设备
CS4000型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。
三、系统结构框图
三、实验原理
图4-1、双容水箱液位控制系统的方框图
图4-1为双容水箱液位控制系统。这也是一个单回路控制系统，它与实验三不同的是有两个水箱相串联，控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度，具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响功能。显然，这种反馈控制系统的性能完全取决于调节器Gc（S）的结构和参数的合理选择。由于双容水箱的数学模型是二阶的，故系统的稳定性不如单容液位控制系统。
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。
系统输出值
水箱水位高度h2
上位机显示值
0~100
cm
cm
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。
2）、如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？
一、实验目的
1）、熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理。
2）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的控制性能。
3）、定性地分析P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备
CS4000型过程控制实验装置、计算机、DCS控制系统与监控软件。
T（秒）
水箱水位h2(cm)
上位机读数(cm)
5）、直到进入新的平衡状态。再次记录测量数据，并填入下表：
系统输出值
水箱水位高度h2
上位机显示值
0~100
cm
cm
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：
T（秒）
水箱水位h2(cm)
上位机读数(cm)
2）根据实验原理中所述的方法，求出二阶环节的相关参数。
3）试比较二阶环节和一阶环节的不同之处。
七、思考题
1）在做本实验时，为什么不能任意变化右下水箱出水阀的开度大小？
2）用两点法和用切线法对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点？
一、实验目的
1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
cm
（7）、将系统输出值调回到步骤5）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：
t（秒）
水箱水位h1(cm)
上位机读数(cm)
（8）、重复上述实验步骤。
六、实验报告要求
（1）作出一阶环节的阶跃响应曲线。
（2）根据实验原理中所述的方法，求出一阶环节的相关参数。
七、注意事项
四、实验内容和步骤
1、设备的连接和检查：
（1）、开通以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计以及右下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）、将右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）。
五、实验报告要求
1）、作出P调节器控制时，不同P值下的阶跃响应曲线。
2）、作出PI调节器控制时，不同P和Ti值时的阶跃响应曲线。
3）、画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。
4）、比较P、PI和PID三种调节器对系统无差度和动态性能的影响。
六、思考题
1）、试定性地分析三种调节器的参数P、（P、Ti）和（P、Ti和Td）的变化对控制过程各产生什么影响？
(1)关闭出水阀,将CS4000实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
(2)打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至左上水箱的出水阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。
(3)打开左上水箱的出水阀至适当开度。
2）实验步骤
(1)打开丹麦泵、电动调节阀的电源开关。
(2)启动DCS与Advantrol Pro2.5上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验一画面。
图3-2、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
四、实验内容和步骤
1)设备的连接和检查：
(1)将实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
(2)打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至左上水箱的出水阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。
(3)打开左上水箱的出水阀至适当开度。
2）实验步骤
1）启动动力支路电源。
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=0.4h2(∞)时曲线上的
当t=T时，则有：
h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)
即 h(t)=KR0(1-e-t/T)
当t—>∞时，h（∞）=KR0，因而有
K=h（∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入
式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得图1-2所示的
7）、重复上述实验步骤。
五、注意事项
1）做本实验过程中，阀10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。
六、实验报告要求
1）作出二阶环节的阶跃响应曲线。
如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：
在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：
式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数，R1、R2分别为V1、V2阀的液阻，C为水箱的容量系数。令输入流量Q1的阶跃变化量为R0，其拉氏变换式为Q1（S）=RO/S，RO为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：
cm
（5）、迅速增加系统输出值，增加5%的输出量，记录此引起的阶跃响应的过程参数，它们均可在上位软件上获得。以所获得的数据绘制变化曲线。
T（秒）
ห้องสมุดไป่ตู้水箱水位h1(cm)
上位机读数(cm)
（6）、直到进入新的平衡状态。再次记录平衡时的下列数据，并填入下表：
系统输出值
水箱水位高度h1
上位机显示值
0~100
cm
点A和对应的时间t1；
3）、h2（t）|t=t2=0.8 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
2-1中的参数K、T1和T2。其中：
图2-3、阶跃响应曲线
对于式（2-1）所示的二阶过程，0.32〈t1/t2〈0.46。当t1/t2=0.32时，可近似为一阶环节；当t1/t2=0.46时，过程的传递函数G(S)=K/(TS+1)2（此时T1=T2=T=(t1+t2)/2*2.18）
阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T，该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T，其理论依据是：
上式表示h（t）若以在原点时的速度h（∞）/T恒速变化，即只要花T秒时间就可达到稳态值h（∞）。
五、实验内容步骤
1)对象的连接和检查：
2）启动DCS与Advantrol PRO2.5上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验三画面。
3)在上位机软件界面用鼠标点击调出PID窗体框，用鼠标按下自动按钮，在“设定值”栏中输入设定的上水箱液位。
4)比例调节控制
（1）设定给定值，调整P参数。
（2）、待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。
（1）本实验过程中，左上水箱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，以防止因读数误差和其他随机干扰影响对象特性参数的精确度。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。
八、思考题
（1）在做本实验时，为什么不能任意变化左上水箱出水阀的开度大小？
(2)用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点?
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，分析双容系统的飞升特性。
二、实验设备
CS4000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
图2-1 双容水箱系统结构图
单容水箱如图1-1所示：
图1-1、 单容水箱系统结构图
四、实验原理
阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。
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τC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：
3）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备
CS4000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
图3-1为单回路上水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用DCS系统控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。