7、打开阀4，将下水箱中的水排出部分(大约1cm左右)，重复步骤4，观测输出电压大小。然后，调整传感器零位旋钮，使正压室在空气中时，输出为0V。
8、将正压室导气管插入上水箱中，观测此时电压输出是否为3.33V。 （三）、传感器性能测试 1、将上水箱出水口关闭。
2、将传感器1的正压室导气管插入上水箱中，负压室面向大气，在正压室面向大气时调整零位，使其输出电压为0V(以后不要调整增益旋钮)。
3、关闭阀3打开阀1，利用水泵向上水箱缓慢地注入水。
4、从水位由0cm升至10cm的过程中，依次在0cm、1cm、2cm、3cm、4cm、 5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm等测试点处测出传感器输出电压的大小，并列表记录。
5、当水位由10cm下降到0cm的过程中，依次在10cm 、9cm、8cm 、7cm、 6cm、5cm、4cm、3cm、2cm、1cm、0cm等测试点处测出传感器输出电压大小，
并列表记录。
六、 预习
熟读本书第一部分TKGK-1型过程控制实验装置产品使用说明书的相关内容。
七、注意事项
在实验过程中增益和零位调整好之后，不要再随意改变。
八、 思考题
零点迁移的实质是什么？在本实验中，是正迁移还是负迁移？迁移量为多少？
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实验二、单容/双容水箱对象特性的测试
一、 实验目的
1）、了解单/双容水箱的自衡特性。
2）、掌握单容/双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
3）、由实测单容/双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
1）、TKGK-1型过程控制实验装置：
PID调节器：GK-04；变频器：GK-07-2 2）、万用表一只 3）、计算机一台
三、实验原理
阶跃响应测试法是系统在开环运行状况下，待工况稳定后，通过调节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和阶跃响应曲线，然后根据给定对象模型的结构形式，对实验数据进行合理的处理，确定模型中的相关参数。
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。
（一）、单容水箱
其数学模型可用一阶惯性环节来近似描述，且用下述方法求取对象的特征参数。
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单容水箱液位开环控制结构图如图2-1所示：
给定量 PID 调 节 器 变 频 器 交 流 电 机 与 泵 V1 阀1 GK-0GK-0Q1 V2 阀2 h 图2-1、 单容水箱液位开环控制结构图 Q2 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：
R2*C*d?h??h?R2*?Qdt在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：
G(s)?H(s)R2K?? 2-1Q1(s)R2*C*S?1T*S?1 式中，T=R2*C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），K=R2为过程的放大倍数，也是阀V2的液阻，C 为水箱的底面积。令输入流量Q1（S）=RO/S，RO为常量，则输出液位的高度为：
KR0KR0KR0H(S)??? S ( TS ? 1 ) S S ? 1 / 2-2 T
1 -t 即 h(t) ? KR O (1 - e T ) 2-3
当t????时，h(?)?KRO . 因而有 h(?)输出稳态值 K?? RO阶跃输入 当t?T时, 则有: -1 h(T)?KR0(1-? 0.632h( e ) ? 0.632KR 0 ? ) 2-4
式（2-3）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2-2
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所示。由式（2-4）可知该曲线上 升到稳态值的63.2%所对应的时间， 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，此切线与稳态值的
h2(t)h2( )000.63h2( )000T交点所对应的时间就是时间常数T， 图2-2 阶跃响应曲线 其理论依据是：
dh(t)dtt1KR0?Tt?0?Tet?0t?KR0h(?)? (2-4)TT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（∞）。
式（2-2）中的K值由下式求取：
K = h(∞)/R0 = 输入稳态值/阶跃输入 （二）、双容水箱
双容水箱液位控制结构图如图2-3所示：
??¨?÷ ??? ?÷GK-04? ?±? ?÷GK-07??ú?±?V1 Q1V2h1
图2-3、双容水箱液位控制结构图 Q2h2V4Q4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
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H2(S)K??s?G(S)?*e (2-5)Q1(S)(T1*S?1)(T2*S?1)式中 K=R4，T1=R2C1，T2=R4C2，R2、R4分别为阀V2和V4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可由实验求得的阶跃响应曲线求出。具体的做法是在图2-4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=0.4 h2(∞)时曲线上的 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
0 て A t 1 h (t) 2 h2 ( 00 ( 0.8h 2 00 0.4h 2( 00 B P A t 2 t 3-5中的参数K、T1和T2。其中： 图2-4、阶跃响应曲线
h2(?)输入稳态值?RO阶跃输入量t1?t24)、 T1?T2?2.16 K? T1T2t15)、 ?(1.74?0.55)2t2 (T1?T2)对于式（2-5）所示的二阶过程，0.32 2 节；当t1/t2=0.46时，过程的传递函数G(S)=K/(TS+1)（此时T1=T2=T=(t1+t2)/2*2.18 ） 过曲线的拐点做一条切线，它与横轴交于A点，OA即为滞后时间常数て。 四、实验内容与步骤 1)、按本书第一部分中GK-02《使用说明》的要求和步骤，对上、下水箱液位传感器进行零点与增益的调整。 35