若令Q1（S）=
R0，R0=常数，则式（5）可改为 SR0R0KR0K/TH（S）=×=K-
11SSS?S?TT对上式取拉氏反变换得
h(t)=KR0(1-e-t/T) （6）
当t—>∞时，h（∞）=KR0，因而有 K=h（∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入 当t=T时，则有
h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)
式（6）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所示。
图2.2 单容水箱的单调上升指数曲线
当由实验求得图2.2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，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T，由响应曲线求得K
图2.3 单容水箱的阶跃响应曲线
和T后，就能求得单容水箱的传递函数。如果对象的阶跃响应曲线为图2.3，则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点，与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ，BC为对象的时间常数T，所得的传递
函数为：
Ke??sH(S)=
1?Ts四、实验内容与步骤
1．选择实验对象打开相应阀门，如果单容水箱选择下水箱，则把阀门QV-105（V1）和出水口闸板QV-116 (V2)开至某一开度如图2.1（可参考图1.1.2 现场系统工艺示意流程图），且使QV-105的开度大于QV-116的开度。
表2-1
控制 装置 智能 仪表 输入 仪表输入端AI0+、AI0-连接下水箱液位变送器输出端 输出 仪表的输出端AO0+、AO0-连接电动调节阀的控制信号输入端 2．系统连线，本设备有智能仪表，如果选择智能仪表控制系统，则只需将智能仪表的I/O口与对象的传感器、执行器端口相连即可；如果选择PLC系统，则只需将PLC的I/O口与对象的相应的传感器、执行器端口相连；DDC控制系统的接线方式与前两者相同，具体接线请参考表2-1和该节附录的图片，开启控制柜电源和相关控制器的电源。
3．启动电脑，在C:\\CH_KY_GONGCHENG\\Wincc_pro下选择进入相应的Wincc组态工程文件夹，选中
图标打开，进入Wincc资源管理器，将其激活即可
进入监控系统，针对步骤2所述的三个不同的控制系统，上位机有三个独立组态工程与之对应，做实验时只需选择与所选控制系统相对应的组态工程打开即可。 注意：
? 智能仪表系统退出后，一定要手动将桌面右下脚的任务管理器中仪表
OPC服务器退出此时需输入密码“xmyd”，否则再打开别的系统工程时会导致通讯异常。
4. 在实验目录中选择“实验一 单容水箱特性测试实验”进入，用鼠标选中输出值（MV）下面的输出框，用键盘输出50%，使水箱的液位处于某一平衡位置。
5．增加或减小调节器的输出，使其输出有一个正（或负）阶跃增量的变化（此增量不宜过大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过一定的调节时间后，水箱的液位进入新的平衡状态，如图2.4所示。
图2.4单容箱特性响应曲线
6．记下水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线。
7．把由实验曲线所得的结果填入下表。
参数值 液位h 测量值 正向输入 负向输入 平均值 K T τ 五、实验报告
1．写出常规的实验报告内容。
2．分析用上述方法建立对象的数学模型有什么局限性？
六、思考题
1．做本实验时，为什么不能任意改变出水口阀开度的大小？ 2．用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？
实验二 变频调速磁力泵支路流量的定值控制系统
一、实验目的
1.了解涡轮流量计的结构及其使用方法。 2.应用阶跃响应曲线法整定调节器的参数。
3.研究调节器中相关参数的变化对系统性能的影响。
二、实验设备
1.TkJ-2型高级过程控制系统实验装置
2.计算机相关组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根 3.万用表 1只 三、实验原理
图3-15变频调速支路流量定值控制系统的结构图
图3-15为变频调速支路流量定值控制系统的结构图。系统的被控对象为变频器-磁力泵支路管道，流经管道中的液体流量Q作为被控制量。基于系统的控 制任务是维持被控制量恒定不变，即在稳态时，它总等于给定值。因此需把流量Q经检测变送后的信号作为系统的反馈量，并采用PI调节器。系统的控制方框图见图3-16。
基于被控对象是一个时间常数较小的惯性环节，故本系统调节器参数的整定宜用阶跃响应曲线法求得的K、T和τ，然后由本章表四的经验公式确定参数。
图3-16 单闭环流量控制系统的方框图
四、实验内容与步骤
1、按图3-15所示打开阀QV-115、XV-101(需在控制柜数字接口处端口1#电磁阀驱动公共端之间接24V电源)、 QV-106 和QV-116(为下水箱出水口闸板)，或者打开QV-115、QV-111、QV-211、QV-106 、QV-116也可。
表3-7