图4-7 数据采集模块控制输出接线图
六、实验成绩评定
类别 项目 分值 备注 预习报告 10 实验操作 无预习报告，完成液位阶跃响应曲线的记录 20 （50分） 不能做实验 完成特征参数的测量 20 阐述实验原理 10 实验报告 抄袭他人报记录液位阶跃响应曲线 20 （50分） 告，计0分 确定单容水箱的特征参数和传递函数 20
28
七、思考题
1、做本实验时，为什么不能任意改变出水阀F1-11开度的大小？ 2、用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与哪些因素有关？ 3、如果采用中水箱做实验，其响应曲线有什么异同？并分析差异原因。
29
4.2 双容水箱对象特性测试
实验类型：验证型
一、实验目的
（1）掌握双容水箱的阶跃响应测试方法；
（2）确定双容水箱的特征参数K、T1、T2和传递函数。
实验学时：2学时
二、实验原理
由图4-8所示，被测对象由两个不同容积的水箱相串联组成，故称其为双容对象。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，依靠其自身重新恢复平衡的过程。
图4-8 双容自衡水箱对象特性测试系统
根据单容水箱特性测试的原理，可知双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积，即双容水箱的数学模型可用一个二阶惯性环节来描述：
G(s)?G1(s)G2(s)?k1K2K?? T1s?1T2s?1(T1s?1)(T2s?1)(4-10)
式中，K＝K1K2，为双容水箱的放大系数，T1、T2分别为两个水箱的时间常数。
被测量为下水箱的液位，当中水箱输入量有一阶跃增量变化时，两水箱的液位变化曲线如图4-9所示。上水箱液位的响应曲线为一单调上升的指数函数，如图4-9(a)所示；而下水箱液位的响应曲线则呈S形曲线，如图4-9(b)所示，即下水箱的液位响应滞后了，滞后时间与阀电动球阀V2和F1-8的开度大小密切相关。
30
（a）中水箱液位 （b）下水箱液位
图4-9 双容水箱液位的阶跃响应曲线
双容对象两个惯性环节的时间常数可在图4-10所示的阶跃响应曲线上求取。 （1）h2(t1)=0.4 h2(∞)时，曲线上的点B对应的时间t1； （2）h2(t2)=0.8 h2(∞)时，曲线上的点C对应的时间t2。
图4-10 双容水箱液位的阶跃响应曲线
然后，利用下面的近似公式计算
K?h2(?)输出稳态值 ?x0阶跃输入T1?T2?t1?t2 2.16(4-11)
(4-12) (4-13)
TTt112?(1.74?0.55)
(T1?T2)2t2其中，0.32 在改变相应的阀门开度后，对象可能出现滞后特性，这时可由S形曲线的拐点P处作一切线，它与时间轴的交点为A，OA对应的时间即为对象响应的滞后时间τ。于是得到双容滞后（二阶滞后）对象的传递函数为： 三、预习要求 Ke??s G(s)?(T1s?1)(T2s?1)(4-14) （1）在预习报告上写出双容水箱对象特性测试的工作原理； （2）了解双容水箱的传递函数。 31 四、实验任务 选择中水箱和下水箱串联作为被测对象，掌握双容水箱的阶跃响应测试方法，确定双容水箱的特征参数和传递函数。实验前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-3、F1-6全开，将中水箱出水阀门V2开到70%左右，下水箱出水阀门F1-8开到50%左右，其余阀门均关闭。 五、实验步骤 1、智能调节仪控制 （1）将控制柜上的智能仪表用RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照下面的实训接线图4-11连接实训系统。 图4-11 智能仪表双容自衡水箱对象特性测试接线图 32