5）迅速增加仪表手动输出值，增加5%的输出量，记录此引起的阶跃响应的过程参数，均可在上位软件上获得，以此数据绘制变化曲线。
T（秒） 仪表读数 (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： 仪表输出值 0~100 仪表显示值 cm 7）将仪表输出值调回到步骤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） 仪表读数 (cm) 8）重复上述实验步骤。 五、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。 六、注意事项
1）做本实验过程中，阀8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，以防止对象特性的不真实性。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。 七、思考题
1）在做本实验时，为什么不能任意变化阀8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?
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实验二 二阶双容系统对象特性测试实验
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对象液位阶跃响应曲线，分析双容系统的输出特性。 二、实验设备
1、 AE2000A型过程控制实验装置
配置：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。 三、实验原理
图2-1 双容水箱系统结构图
如图2-1所示：这是由两个一阶非周期惯性环节串联起来，被调量是第二水槽的水位h2。当输入量有一个阶跃增加?Q1时，被调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，而是呈S形的一条曲线。由于多了一个容器,就使调节对象的输出特性在时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η
C
代表之
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。。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：
H2(S)K??s?G(S)?*e ( 2-1)Q1(S)(T1*S?1)(T2*S?1)
式中 K=R3，T1=R2C1，T2=R3C2，R2、R3分别为阀V2和V3的液阻，C1 和C2分
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别为上水箱和下水箱的容量系数。由式中的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2-4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 式2-1中的参数K、T1和T2。其中：
h2(?)输入稳态值?RO阶跃输入量t1?t2 T1?T2?2.16 K?0h2(t)h2( )000.8h2( )00B0.4h2( )00At1t2t 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 ，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 ）
T1T2t1?(1.74?0.55)2 (T1?T2)t2四、实验步骤 设备的连接和检查：
（1）、关闭阀1，将储水箱灌满水（至最高高度）。
（2）、开通以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计以及上小水箱出水阀24、阀8、阀21所组成的水路系统;关闭通往其他对象的切换阀22、阀20、阀9、阀12。 （3）、打开上小水箱的出水阀7；并将下小水箱的出水阀6开至适当开度。 （4）、检查电源开关是否关闭。 系统连线 接线如图所示：
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1）、将”下水箱液位+”接到任意一个智能调节仪的信号输入端”1（”即RSV的+极），下水箱液位-（负端）接到智能调节仪的2端（即RSV的-极）。
2）、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）。
3）、电源控制与接口面板上的单相泵电源开关打在关的位置。 4）、电动调节阀的~220V电源开关打在关的位置 。
5）、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。
6）、三相电源、单相Ⅰ、单相Ⅱ的空气开关打在关的位置 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Ⅲ空气开关，下小水箱液位传感器输出信号为1~5V电压信号，调整好仪表输入规格参数与其他各项参数，开始校准液位传感器的零位和增益，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,界面如图所示：
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3）、开启单相Ⅰ空气开关，启动动力支路，手动将仪表的输出值迅速上升到小于等于30，将被控参数液位高度控制在30%处（一般为5cm）。
4）、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，应记录调节仪输出值， 以及水箱水位的高度h2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h2 仪表显示值 cm cm 5）、迅速增加仪表手动输出值，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。
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