C3000实验指导书
实验二、二阶双容水箱液位特性测试实验
一、实验目的
1、熟悉二阶对象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、实验器材
CS2000型过程控制实验装置
配置：C3000过程控制器、实验连接线。
三、实验原理
双容水箱系统如图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ΔQ1时，被调量变化的反应曲线如图2-2所示的Δ
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。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τ
C代表之。
液位控制水箱V1Q1手动设定LTh1V2Q2液位控制水箱LTh2V3Q3 图2-1 双容水箱系统示意图
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?Q1?s??G?s??Ke??s?T1s?1??T2s?1? (2-1)
式中 K=R3，T1=R2C1，T2=R3C2，R2、R3分别为阀V2和V3的液阻，C1和C2分别为上水箱和
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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2-2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(∞)时曲线上的点A和对应的时间t1； 3、 h2（t）|t=t2=0.8h2(∞)时曲线上的点B和对应的时间t2。
h2h2???0.8h2???B0.4h2???A0t1tct2Tt 图2-2 一阶对象阶跃响应曲线
然后，利用下面的近似公式计算式2-1中的参数K、T1和T2。
K?h2???R0?输入稳态值阶跃输入量
T1?T2?t1?t22.16
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/2(Tｓ+1)（此时T1=T2=T=2.18(t1+t2)/2）
T1T2??t1? ??1.74?0.55??t2???T1?T2?2四、实验内容和步骤
此实验以一号液位控制水箱的液位为检测对象。
1、 打开储水箱进水阀V8，主管路泵阀V1，副管路泵阀V2，主管路阀V4，关闭其他手阀，
将储水箱灌满水。打开三号液位控制水箱进水阀V13，将三号水箱通一号水箱出水阀V31、一号水箱出水阀V10打开至适当开度。
2、 将一号液位控制水箱的液位信号送至C3000过程控制器模拟量输入通道1，将模拟量输
出通道1信号送电动调节阀，具体接线如下所述：
1）C3000仪表信号通道1接中箱液位信号（信号面板通道2），C3000仪表信号通道12接调
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节阀控制（信号面板通道11）。
2）仪表回路的组态：点击menu——进入组态——控制回路——PID控制
回路PID01的设置，给定方式设为：内给定；测量值PV设为：AI01，其余默认即可，量程0-100。
3、 打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、电动调节阀、
检测设备电源开关。
4、 进入组态画面，设定输入信号为1-5V电压信号，输出信号为4-20mA电流信号；再进
入调节画面，将调节仪设为手动。首先设定一个初始阀门开度，如10%；切换至监控画面，观察液位变化，当液位趋于平衡时，将阀门开度及液位高度填入下表。
阀门开度（输出值） 液位高度h1（mm） 5、 进入调节画面，改变阀门开度，如30%，记录阶跃响应得过程参数，填入下表，以此数
据绘制变化曲线。 t（s） h1（mm） 6、 切换至监控画面，观察液位变化，当液位趋于平衡时，将阀门开度及液位高度填入下表。
阀门开度（输出值） 液位高度h1（mm） 7、 进入调节画面，将阀门开度改回步骤5前的阀门开度，如10%，记录阶跃响应得过程参
数，填入下表。 t（s） h1（mm） 8、 重复上述实验步骤。
五、实验报告
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。
六、注意事项
1、 做本实验过程中，阀V31、阀V10不得任意改变开度大小。
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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%~30%。 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上下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、加热锅炉温度特性测试实验
一、实验目的
1、熟悉温度对象的数学模型及其阶跃响应曲线。
2、根据由实际测得的温度阶跃响应曲线，分析加热系统的飞升特性。
二、实验器材
CS2000型过程控制实验装置
配置：C3000过程控制器、实验连接线。
三、实验原理
加热锅炉系统如图3-1所示，锅炉中装有电加热管，通过调压模块调压的方式来调节加热功率。循环水流量可调，流入的冷水通过电加热管加热流出。在循环水流量恒定的情况下，出口水温可以认为主要受电加热管影响。加热水箱对象可以被看作一阶对象，与液位系统相比变化较慢，且存在着较大的滞后。
Q调压模块手动设定QTT加热水箱 图3-1 加热锅炉系统示意图
四、实验内容和步骤
此实验以加热锅炉内胆的水温为检测对象，循环水流量恒定，约1.5L/Min。
1、 打开储水箱进水阀V8，主管路泵阀V1，副管路泵阀V2，旁路阀V3，关闭其他手阀，将
储水箱灌满水。打开五号加热水箱进水阀V15。
2、 将五号加热锅炉内胆水温信号送至C3000过程控制器模拟量输入通道1，将模拟量输出
通道1信号送调压模块调节加热功率，具体接线如下所述：
1）C3000仪表信号通道1接锅炉内胆信号（信号面板通道4），C3000仪表信号通道12接加热控制（信号面板通道13）。
2）仪表回路的组态：点击menu——进入组态——控制回路——PID控制
回路PID01的设置，给定方式设为：内给定；测量值PV设为：AI01，其余默认即可，量程
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