T（秒） 水箱水 位 h2(cm) 仪表读 数 (cm) 6）、直到进入新的平衡状态。再次记录测量数据，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 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） 水箱水 位 h2(cm) 仪表读 数 (cm) 8）、重复上述实验步骤。 五、注意事项
1）做本实验过程中，阀V2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。 六、实验报告要求
1）作出二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小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？
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实验三 温度位式控制系统
一、实验目的
1）熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。 2）掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。 二、实验设备
AE2000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 1、 温度传感器
温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。它是利用金属导体的电阻值随 Rt＝Rt0[1+α(t-t0)] 式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值； Rt0——温度为t0(通常为0℃)时的电阻值； α——电阻的温度系数。
可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化。这样只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。
虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们并不能都作为测温用的热电阻。作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性；并要求电阻值随温度的变化呈线性关系。
但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。根据具体情况，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。本装置使用的是铂电阻元件PT100，并通过温度变送器（测量电桥或分压采样电路或者AI人工智能工业调节器）将电阻值的变化转换为电压信号。
铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料，具有很高的稳定性和耐震动等特点，还具有较强的抗污染能力。
在0~650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为： Rt＝Rt0(1+At+Bt2+Ct3) 式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值； Rt0——温度为t0(通常为0℃)时的电阻值；
A、B、C是常数，一般A=3.90802*10－31/℃，B=-5.802*10－71/℃，C=-4.2735*10－121/℃。
温度变化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度关系式如下：
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Rt-t的关系称为分度表，用分度号来表示。 2、二位式温度控制系统
二位控制是位式控制规律中最简单的一种。本实验的被控对象是1KW电加热管，被控制量是复合小加温箱中内套水箱的水温T，智能调节仪内置继电器线圈控制的常开触点开关控制电加热管的通断，图3-1为位式控制系统的方块图。
图3-1 位式调节器的特性图
图3-1位式控制系统的方块图
由图3-1可见，在一定的范围内不仅有死区存在，而且还有回环。因而图3-2所示的系统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开”或“关”两种极限工作状态，故称这种控制器为两位调节器。
该系统的工作原理是当被控制的水温T小于给定值时，即给定值>测量值，且当e=VS-VP≥dF(回差)时，调节器的继电器线圈接通，常开触点变成常闭，电加热管接通，220V电源而加热。随着水温T的升高，Vp也不断增大，e相应变小。若T高于给定值，即Vs〈Vp，e=Vg-Vi=负值，若e≤-dF时，则两位调节器的继电器线圈断开，常闭触点变成常开，切断电热丝的供电。由于这种控制方式具有冲击性，易损坏元器件，只是在对控制质量要求不高的系统才使用。
图3-2位式控制系统的方块图
图3-2 位式控制系统的原理框图
如图3-2系统的方框图所示，温度给定值在智能仪表上通过设定获得。被控对象为复合水箱中的电热管，被控制量为内套水箱的水温。它由铂电阻PT100测定，输入到智能调节仪上。根据给定值加上回差dF与测量的温度相比较向继电器线
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圈发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的。
由过程控制原理可知，双位控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振荡过程，如图3-3所示。因此不能用连续控制作用下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，而用振幅和周期作为品质指标。一般要求振幅小，周期长，然而对同一双位控制系统来说，若要振幅小，则周期必然短；若要周期长，则振幅必然大。因此通过合理选择中间区以使振幅在限定范围内，而又尽可能获得较长的周期。
. T( c)
01t(s) 图3-3位式控系统的过程曲线
五、实验内容
1）参照装置使用说明书，按图3-2所示的方块图，利用AE2000型实验装置组成控制系统。220V交流电源相线经过调节仪的继电器常开触点一端，引出的另一端接单相电加热管，零线接单相电加热管的零线接插座。热电阻信号接调节仪的热电阻输入端。
2）启动电源，分别在仪表上调节好设定值和回差dF的值。
3）在老师的指导下，启动计算机，进入MCGS组态环境运行软件，进入相应的实验。如图所示：
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4）系统运行后， 组态软件自动记录控制过程曲线。待稳定振荡2~3个周期后，观察位式控制过程曲线的振荡周期和振幅大小，记录实验曲线。 实验数据记录如下： S（秒） T（℃） 5）适量改变给定值的大小，重复实验步骤4）。
6）打开以变频器、齿轮泵、电磁流量计组成的动力支路，把进水管路切换到复合小加温箱上，启动实验装置的供水系统，给复合小加温箱的外套水箱加流动冷却水，重复上述的实验步骤。 六、注意事项
1）温度给定值必须要大于常温。
2）实验线路全部接好后，必须经指导老师检查认可后，方可接通电源开始实验。 3）在老师指导下将计算机接入系统，利用计算机显示屏作记录仪使用，并保存每次实验记录的数据和曲线。 七、实验报告
1）画出不同回差dF时的系统被控制量的过渡过程曲线，记录相应的振荡周期和振荡幅度大小。
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