第二部分 实验项目
目录：
实验一 一阶单容系统对象特性测试实验 ?????????? 17 实验二 二阶双容系统对象特性测试实验???????????22 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 实验九 实验十 实验十一实验十二实验十三实验十四实验十五实验十六实验十七
温度位式控制系统 ????????????????27 单容小水箱液位PID控制系统 ???????????32 双容下小水箱液位控制实验?????????????39 锅炉温度连续控制实验???????????????45 电磁流量计流量控制系统??????????????51 锅炉夹套和锅炉内胆温度串级控制系统 ???????58 锅炉内胆温度和小流量泵流量串级控制系统??????62 流量比值控制系统实验 ?????????????? 66 纯滞后环节温度控制系统实验 ??????????? 69 流量泵流量和锅炉内胆温度前馈控制实验 ?????? 72 设计上、下水箱的液位串级控制系统???????? 75 对液位对象试用不同的方法确定其动态特性参数实验 ? 76 对锅炉对象试用不同的方法确定其动态特性参数实验 ? 77 设计液位控制系统确定PID参数，使之达到最佳效果 ??78 设计温度控制系统确定PID参数，使之达到最佳效果 ??79 16
实验一 一阶单容系统对象特性测试实验
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单容对象的动态特性参数。 二、实验设备
1) AE2000A型过程控制实验装置
配置：万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。
2）系统结构框图
单容水箱如图1-1所示.单容水箱系统由水箱、入水电动调节阀、上水水泵（丹表泵）、水箱出水阀门等组成。
图1-1 单容水箱系统结构图
三、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，
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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为过程的放大倍数，R2为V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。令输入流量Q1（S）=RO/S，RO为常量，则输出液位的高度为：
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
上式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 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（∞）。
0.63h1(∞) h1( t ) h1(∞ ) 0 T 图1-2 阶跃响应曲线
四、实验内容 1、设备的连接和检查
（1）关闭储水箱的出水阀1和阀22，将AE2000 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、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水
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阀门：阀1、阀4、阀6，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门:阀2、阀10、阀17、阀20。
（3）、打开上水箱的出水阀-阀8至适当开度。 （4）、检查电源开关是否关闭 2、系统连线图
图1-3 实验接线图
1）如图1-3所示，将I/O信号接口板上的上水箱液位的钮子开关打到OFF位置。
2）将上水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV的+极），上小水箱液位-（负端）接到智能调节仪的2端（即RSV的-极）。
3）将智能调节仪的4~20mA输出端的7端（即+极）接至电动调节阀的4~20mA输入端的+端（即正极），将智能调节仪的4~20mA输出端的5端（即-极）接至电动调节阀的4~20mA输入端的-（即负极）。
4）电源控制与接口面板上的单相泵电源开关打在关的位置。 5）电动调节阀的~220V电源开关打在关的位置 。
6）智能调节仪的~220V输入的L端（即9端）和N端（即10端）也分别接单相Ⅱ（220V/5A）的2L端和2N端。
7）三相电源、单相Ⅰ、单相Ⅱ的空气开关打在关的位置
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3、启动实验装置
1）将实验装置电源插头接到三相380V的三相交流电源。 2）打开电源三相带漏电保护空气开关和总电源钥匙开关。
3）按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源，电压表指示380V。 4、实验步骤
1）开启单相Ⅱ空气开关，根据仪表使用说明书和液位传感器使用说明调整好仪表各项参数和液位传感器的零位、增益，仪表输出方式设为手动输出，初始值为0。
2）启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的实验如图所示： 3）双击设定输出按钮，设定输出值的大小，或者在仪表手动状态下，按住仪表的STOP键将仪表的输出值上升到所想设定的值，这个值根据阀门开度的大
小来给定，一般初次设定值<5。开启单相Ⅰ（或Ⅱ）空气开关，启动动力支路。将被控参数液位高度控制在20%处（一般为5cm）。
4）观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录调节仪输出值，以及水箱水位的高度h1和智能仪表的测量显示值并填入下表。
仪表输出值 0~100 水箱水位高度h1 cm 仪表显示值 cm 20