一、创新实验平台简介
在过程控制领域实验装置中，水箱控制系统由于其操作简单安全、实现方便等特点在实验室中得到了广泛的应用。然而，目前实验室使用的大多是单容或双容单变量控制对象，只能进行单变量PID控制实验，不能进行多变量控制实验（比如解耦控制）；在另一方面，实验装置中也缺少适用于老师和学生在实验中进行数据处理、建立对象数学模型、分析实验结果的上位机操作平台，难以进行先进控制算法的控制系统设计。
本创新实验平台基于四容水箱被控对象设计，可以进行两输入两输出的多变量控制实验研究，也可以进行单容水箱、双容水箱等单变量控制实验。本创新平台采用在教学中广泛使用的MATLAB/SIMULINK作为上位机操作平台，可以直接利用MATLAB强大的工具箱和SIMULINK丰富的组态模块进行建模实验、数据分析、先进控制、水位监控等等，非常适用于高等院校过程控制、计算机控制等课程专科、本科教学实验以及研究生进行先进控制的方法的研究。
二、物理结构和实物构成
四容水箱被控对象的物理结构如下左图所示。在图中，左边水泵Left Pump用于给Tank2和Tank4供水，右边水泵Right Pump用于给Tank1和Tank3供水，此外Tankl、Tank2、Tank3、Tank4底部各有一个出水孔，Tank4排出的水流入Tank1中，Tank3排出的水流入Tank2中，Tank1、Tank2出水孔排出的水直接流回底部大的蓄水池Water Storage Tank中。管路上配有多个阀门，通过手动调节各个阀门的开度，可以控制每个水箱的入水量和出水量，从而可改变水箱水位的动态特性。
右图是创新实验平台的实物图，其主要构成包括：
（1） 水箱主体
主要由透明有机玻璃制成的4个长方体水箱(被控对象)和1个大的蓄水池以及连接各个水箱的PVC管道组成。4个水箱之间及其与蓄水池之间连有9个手动阀门。
（2） 传感器
选用高性能超声波液位计，量程范围为0~1米，24V供电，最小显示分辨率可达0.1毫米,具有4~20毫安电流输出，具有1~15级发射脉冲强度，可根据工况设定。超声波传感器具有量测噪声小，线性度高等优点，本装置采用的超声波液位计量程范围是0~30厘米，协议采用RS485兼容串行接口以及半双工异步方式。
（3） 执行机构
选用无刷直流调速水泵，供电电压直流24V，直流1~5V模拟调速，具有调节速度快，系统时滞小，控制准确等优点。
（4） 控制器 本实验装置选用大多过程控制实验室使用的西门子PLC作为本地控制器，利用AI、AO采集水箱系统的测量值并输出控制量。通过以太网接口连接到上位机，建立Matlab与PLC的通信连接。
（5）上位机及其软件
上位机中的软件包括： MATLAB/Simulink与PAC控制组态软件。实验人员只需通过Matlab/Simulink的操作即可完成控制器的设计，然后将设计文件编译并下载到PAC控制器，即可进行实时控制实验。
创新平台的主要技术参数：
整体尺寸： 长<2 米、宽<1.5米、高<2.5米
水箱： 数量：4个小水箱、1个大水箱 材质：有机玻璃，带有刻度 小水箱尺寸：14cm*14cm*30cm 大水箱尺寸：50cm*35cm*31cm
超声波物位计： 量程： 0～1 m 盲区： 0.06 m 输出： 4-20mA，RS485输出 供电： DC12-24V 精度： ±0.3％ 工作压力：常压 工作温度：-10-65摄氏度 工作频率：20-350KHz 最大负载阻抗：>300欧姆 外形尺寸：30*95*39 功耗：<1W
水泵： 数量： 2个 流量： 20~30升/分钟 扬程： 5米 输入电压： DC 24V 输出电压： DC 0V~24V 静差率：
