实验报告
课程过程控制及仪表实验日期2020 年6月15日专业班级自动化1702班姓名学号1706010403
实验名称实验一单容自恒水箱液位特性测试实验
评分批阅教师签字
1.实验目的
1. 熟悉利用计算法建立系统一阶惯性环节加纯延迟环节的数学模型方法。

2. 学会利用MATLAB/Simulink对系统进行建模的方法。

2.实验内容
某单容水箱为被控对象，水箱液位为被控参数，水箱总量程为100mm, 在阶跃扰动20%
∆=时，其阶跃响应的实验数据如表1-1所示。

u
表1-1 阶跃响应实验数据
响应曲线起始速度较慢，其阶跃响应曲线呈S状，可近似认为被控对象是具有纯滞后的一阶惯性环节，利用计算法，确定增益K，时间常数T和纯滞后时间τ。

（1）首先根据输出稳态值和阶跃输入的变化幅值可得增益K=(20/100)/20%=1;（2）根据系统近似为具有纯滞后的一阶惯性环节的计算方法，编写MATLAB程序（gkshiyan1_1）。

（3）建议Simulink系统仿真（gkshiyan1），将阶跃信号的初始作用时间和幅值分别设置为0和20。

（4）将实际系统和近似系统的阶跃响应曲线进行比较，编写MATLAB程序（gkshiyan1_2）。

3.实验方法与步骤
（1）首先根据输出稳态值和阶跃输入的变化幅值可得增益K=(20/100)/20%=1;
（2）根据系统近似为具有纯滞后的一阶惯性环节的计算方法，编写MATLAB程
序（gkshiyan1_1）。

程序如下：
% 将系统近似一阶惯性环节加纯延迟的计算程序
tr=10; % 输出响应延迟时间，即输出无变化时间
t=[10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600 700 800]-tr;
h=[0 0.2 0.8 2 3.6 5.4 8.8 11.4 14.4 16.1 18.2 19.2 19.6 19.8 20];
h=h/h(length(h)); %把输出转换成无量纲形式
h1=0.39;
h2=0.63;
t1=interp1(h,t,h1)+tr; %利用一维线性插值计算当响应曲线在39%时的时间t1
t2=interp1(h,t,h2)+tr; %利用一维线性插值计算当响应曲线在63%时的时间t2
T=2*(t2-t1) %被控对象传递函数的惯性时间常数
tao=2*t1-t2 %被控对象传递函数的延迟时间
运行结果如下：
>> gkshiyan1_1
T =
159.5294
tao =
48.4706
>>
（3）建议Simulink系统仿真（gkshiyan1），将阶跃信号的初始作用时间和幅值
分别设置为0和20。

系统仿真如图：
图1-1
运行结果如下：
图1-2
（4）将实际系统和近似系统的阶跃响应曲线进行比较，编写MATLAB程序（gkshiyan1_2）。

程序如下：
% 近似系统与实际系统单位阶跃输出响应对比程序
t=[10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600 700 800 900 1000];
h=[0 0.2 0.8 2 3.6 5.4 8.8 11.4 14.4 16.1 18.2 19.2 19.6
19.8 20 20 20];
plot(t,h,'.-');
hold on
[t2,x2,h2]=sim('gkshiyan1',1000);
plot(t2,h2,'r');
grid on
legend('实际系统','近似系统')
运行结果如下：
>> gkshiyan1_1
T =
159.5294
tao =
48.4706
>>
4. 实验结论及分析
做本实验过程中，出水阀不得任意改变开度大小。

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%.在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。