过程控制实验二一阶单容上水箱对象特性测试实验解析.pdf

过程控制及仪表实验报告

成绩：

实验名称：实验二一阶单容上水箱对象特性测试实验

仿真实验：PID参数整定

实验小组：A大组第二小组

组员姓名：___________

组员学号：_________

指导老师：__________

实验日期：__2015/5/9____________

信息工程学院自动化系

过程控制及仪表实验报告

一实验名称

1、一阶单容上水箱对象特性测试实验

2、仿真实验：PID参数整定

二实验目的

1．认识实验系统，了解本实验系统中的各个对象。

2．测试一个水箱的对象特性。

3．学会PID参数整定的基本原则。

4．使用稳定边界法和衰减曲线法去整定参数。

三实验原理

阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其

他操作器，手动改变对象的输入信号（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。

图解法是确定模型参数的一种实用方法，不同的模型结构，有不同的图解方

法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取

对象参数。

如图1-1所示，设水箱的进水量为Q，出水量为Q，水箱的液面高度为h，

12

出水阀V固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：

2

在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：

式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V的开度大小会影响到水箱的时间常数），

2

T=R*C，K=R为过程的放大倍数，R为V阀的液阻，C为水箱的容量系数。令输

2222

入流量Q（S）=R/S，R为常量，则输出液位的高度为：

1OO

当t=T时，则有：

h(T)=KR(1-e-1)=0.632KR=0.632h(∞)

00

即h(t)=KR(1-e-t/T)

0

当t—∞时，h（∞）=KR，因而有

0

K=h（∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入

式（1-2）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1-2

所示。当由实验求得图1-2所示的

阶跃响应曲线后，该

h1(t)

曲线上升到稳态值

h1(∞)

的63%所对应时间，

就是水箱的时间常

数T，该时间常数T0.63h1(∞)

也可以通过坐标原

点对响应曲线作切

线，切线与稳态值交0T

点所对应的时间就图1-2、阶跃响应曲线

是时间常数T，其理

论依据是：

上式表示h（t）若以在原点时的速度h（∞）