实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验
一．实验目的
（1）建立单容水箱阶跃响应曲线。
（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用作图的方法分别确定它们的参数（时间常数T、放大系数K）。
二．实验设备
CS2000型过程控制实验装置， PC机，DCS控制系统与监控软件。
三、系统结构框图
单容水箱如图1-1所示：
图1-1、单容水箱系统结构图
四、实验原理
阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过DCS控制系统监控画面——调整画面，（调节器或其他操作器），手动改变（调节阀的开度）对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。
然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
五．实验内容步骤
1)对象的连接和检查：
(1)将CS2000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
(2)打开以水泵、电动调节阀、孔板流量计组成的动力支路（1#）至上水箱的出水阀门.关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。
(3)打开上水箱的出水阀至适当开度。
2)实验步骤
(1)打开控制柜中水泵、电动调节阀、24V电源的电源开关。
(2)打开DCS控制柜的电源，打开电脑，启动DCS上位机监控软件，进入主画面，然后进入实验一画面“实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验”。
注满水箱打开出水阀打开阀门，连通电动调节阀
关闭支路阀打开上水箱打开上水箱打开电源
进水阀出水阀
打开泵的开关打开调节阀开关打开24V电源打开DCS控制柜电源 (3)用鼠标点击调出PID窗体框，然后在“MV”栏中设定电动调节阀一个适当开度。
（此实验必须在手动状态下进行）
（4）、观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。
若已平衡，应记录系统输出值，以及水箱水位的高度h1和上位机的测量显示值。
（5）、迅速增加阀门开度，增加5%，记录此引起的阶跃响应的过程参数，它们均可在上位软件上获得。
以所获得的数据绘制变化曲线。
（6）、直到进入新的平衡状态。
再次记录平衡时的下列数据。
（7）、将系统输出值调回到步骤(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。
（8）、重复上述实验步骤。
（9）、最后将数据整理好填入表格，根据数据作出对应曲线并求出相关参数。
六、实验报告要求
（1）作出一阶环节的阶跃响应曲线。
（2）根据实验原理中所述的方法，求出一阶环节的相关参数。
上位机读数
(cm)
29.10 29.20
29.30 29.60 29.60
DCS系统手动
给定值
阀门开度
水箱水位高度h1 上位机显示值
0~100 cm cm
25 17.68 37.80
t（秒）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 水箱水位
h
1
(cm)
13.00 13.30 13.60 14.00 14.30 14.59 14.80 15.15 15.40 15.65 15.85 16.10
上位机读数
(cm)
30.30 30.80 31.20 31.80 32.20 32.80 33.30 33.60 34.10 34.50 34.80 35.20 t（秒）120 130 140 150 160 170 180 190 200
水箱水位
h
1
(cm)
16.30 16.60 16.75 16.95 17.10 17.35 17.50 17.65 17.68
上位机读数
(cm)
35.60 35.90 36.20 36.60 36.90 37.10 37.50 37.70 37.80
七、注意事项
（1）本实验过程中，出水阀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，以防止因
读数误差和其他随机干扰影响对象特性参数的精确度。
一般阶跃信号取正常输入
信号的5%~15%。
根据图解法得出时
间常数为T=100s，
放大系数为
K=0.034。
根据图解法得出时
间常数为T=110s，
放大系数为
K=0.068。
上位机的
总趋势图
(3)在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。
八、思考题
（1）在做本实验时，为什么不能任意变化上水箱出水阀的开度大小？
答：因为T为水箱的时间常数，T=R2*C，K=R2为单容对象的放大倍数， R2为V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。
当改变水箱出水阀的开度大小时，R2会改变，那么G(s)也会改变，那样的话就不会测出G(s)中的参数了，因为每次都不一样。
(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?
答：两点法：从理论上来说两点就可以确定参数，但是在实际测量中，测量点总是在基准线附近不停地波动，这样很可能会造成测量的不准确，但是两点法只需要测两个点的数据，相对切线法来说简单多了。
切线法：和两点法相比，切线法随机性小一点，可以近似地测量和计算出对象的特性参数，但是切线法需要侧大量的数据，用来近似地描绘出对象的特性曲线。