参考资料:人工智能调整(A1-808.A1-708)
试验一单容自衡水箱液位特性的测试
一、试验目的
把握单容水箱的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线；
依据试验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对彖的特征参数K、T和传递函数；
寧握智能仪表掌握系统的实现过
—x试验要求
必需了解试验室的有关规章制度,把握安全操作规程.
必需了解试验的目的，要求，方法和步骤，以及留意事项.
试验前需认真阅读试验指导书。
试验时应学生应依据试验指导书接线图接线，接线后需经专业教师确认正确前方可通
电.
三、试验原理
所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指对彖在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需耍操作人员或仪表等干预，依靠其口身重恢复平衡的过程。图1?1所示为单容口衡水箱特性测试构造图及方框图。阀门Fl-1.Fl?2和Fl?8全开，设下水箱流入量为Q,转变电动调整阀V］的开度可以转变Q］的大小，下水箱的流出量为Q2,转变出水阀F1-11的开度可
以转变Q,液位h的变化反映了Q］与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。假设将Q作
为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h与QZ间的数
学表达式。
依据动态物料平衡关系冇 智能调整器
dh
QiQ=A—-
dt
(2-1)
将式(2?1)表示为增量形式
dbh
AQrAQ2=A (2-2)
dt
式中：AQi，AQ2,Ah——分别为偏离某一平衡状态的增量；
A 水箱截而积。
. dh
在”卜衡时，Qi=Q?^—=0；当Q]
dt
o由流体力学可知，流体在紊流状况下,发纶变化时，液位h随Z变化，水箱出
口处的静压也随之变化，Q2也发牛?变化
(b)
图1J单容口衡水箱特性测试系统
(a)构造图(b)方框图
液位h与流量之间为非线性关系。但为了简化起见，经线性化处理后，对近似认为Q2与h成正比关系，而与阀F1-11的阻力R成反比，即
AQ^=—或R=-^-
-R AQ2
式中R—阀FIJI的阻力，称为液阻。
：
(2-3)
将式(2?2)、式(2?3)经拉氏变换并消去中间变量即可得到单?容水箱的数学模型为
0i(5)RCs+1Ts+1
(2-4)
式中T为水箱的时间常数，T=RC；K为放大系数，K=R；C为水箱的容量系数。假设令Qi
作阶跃扰动, 即Q】(s)
Vx°=常数，则式(2?4)可改写为
=」，
S
H(s)=
K/T
~~r
S+
T
Kx。
T
对上式取拉氏反变换得
当t—8时，h(8)-h(0)=Kx,因而有
当t=T时，则有
K_h(oo)-h(0)_输出稳态值x阶跃输入
0h(T)=Kxo(l-e1)=O.632Kxo=O.632h(~)
0
(2-6)
(2-7)
式(2-5)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(a)所示,
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。也可由坐标原点对响应曲线作切线OA,切线与稳态值交点A所对应的时间就是该时间常数T,市响应曲线求得K和T后，就能求得单容水箱的传递函数。
(a)
图1-2 单容口衡水箱的阶跃响应曲线
假设対彖具有滞后特性时，其阶跃响应曲线则为图1-2(b),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InJT,BC为对象的时间常数T,所得的传递函数为：
K严
H(S)=
l+
(2-8)
四、试验所用设备
试验对彖及掌握屏、SA?11挂件一个、计算机一台、万用表一个;
SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根。
五、试验步骤和方法
本试验选择卜?水箱作为被测对象(也可选择上水箱或中水箱)。试验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门Fl?l、Fl?2、Fl?8全开，将下水箱出水阀门FIJI开至适当开度，其余阀门均关闭。
将“SA 12智能调整仪掌握”挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将掌握屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2,并依据下面的掌握屏接线图连接试验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
SA-12
智能调整仪
OUT PV
鼻日日日日
:Sv
ssaa
图1-3仪表掌握单容水箱特性测试试验接线图
接通总电源空气开关和钥匙开关，翻开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相I、单相III空气开关，给