计算机控制技术实验报告实验一单容自衡水箱液位特性测试实验班级：姓名：学号：实验一单容自衡水箱液位特性测试实验一、实验目的1．掌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；2．根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K、T和传递函数；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。二、实验原理所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。图 1-1 所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。阀门F1-1、F1-2 和 F1-8 全开，设下水箱流入量为Q1，改变电动调节阀 V1 的开度可以改变Q1 的大小， 下水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-11 的开度可以改变 Q2。液位 h 的变化反映了Q1 与 Q2 不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。若将Q1 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 Q1 之间的数学表达式。根据动态物料平衡关系有Q1-Q2=A dtdh(1-1)将式 (2-1)表示为增量形式ΔQ1-ΔQ2=A dthd(1-2)式中： ΔQ1，ΔQ2，Δh——分别为偏离某一平衡状态的增量；A——水箱截面积。在平衡时， Q1=Q2，dtdh ＝0；当 Q1发生变化时，液位h 随之变化，水箱出口处的静压也随之变化，Q2 也发生变化。由流体力学可知，流体在紊流情况下，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，可近似认为 Q2 与 h 成正比关系，而与阀F1-11的阻力 R成反比，即ΔQ2=Rh或R=2Qh(1-3) 图 1-1 单容自衡水箱特性测试结构图及方框图式中： R——阀 F1-11 的阻力，称为液阻。将式 (1-2)、式 (1-3) 经拉氏变换并消去中间变量Q2，即可得到单容水箱的数学模型为W0（s）＝)()(1 sQsH＝1RCsR=1sTK(1-4) 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。若令 Q1（s）作阶跃扰动，即Q1（s）=sx 0 ，x0=常数，则式 (1-4)可改写为H（ s）=TTK1s/×sx 0 =Ksx 0 -TK1sx 0对上式取拉氏反变换得h(t)=Kx0(1-e-t/T) (1-5) 当 t— >∞时， h（∞） -h（0）=Kx0，因而有K=0x0hh）（）（＝阶跃输入输出稳态值(1-6) 当 t=T 时，则有h(T)=Kx0(1-e-1)==(∞) (1-7) 式（ 1-5）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...
