Durch den Vergleich zwischen vereinfachten und komplexen Systemen enthüllen mono- und multikapazitäre Flüssigkeitsspiegelsteuerungsexperimente intuitiv die dynamischen Eigenschaften und Kopplungseffekte von industriellen Prozessen und liefern eine entscheidende experimentelle Grundlage für das Verständnis der Verhaltensgesetze tatsächlicher industrieller Systeme.

Einkapazitäre Flüssigkeitsspiegel-Kontrolle-Experimente konzentrieren sich auf die dynamischen Eigenschaften des Flüssigkeitsspiegels innerhalb eines einzelnen Behälters und beobachten die Reaktionskurve des Flüssigkeitsspiegels (Ausgang) durch die Regelung des Eingangsflusses (Eingang). Experimente haben gezeigt, dass ein monokondensatives System auf eine typische Trägheitsklinkel der ersten Ordnung reduziert werden kann, deren dynamische Eigenschaften sich durch einen reibungslosen Übergang des Flüssigkeitsniveaus mit Änderungen des Durchflusses ohne signifikante Überregulierung oder Oszillation manifestieren. Durch die Anpassung der Steuerparameter für Proportional (P), Proportional Integral (PI) und Proportional Integral Differential (PID) können die Auswirkungen der Steuerstrategie auf die Systemreaktionsgeschwindigkeit und Stabilitätsfehler weiter analysiert werden. Zum Beispiel kann die Proportionssteuerung schnell reagieren, aber es gibt einen Stabilitätsfehler, die Integralsteuerung eliminiert einen Fehler, kann aber eine Übereinstimmung auslösen, und die Differenzsteuerung verbessert die Systemstabilität durch die Vorhersage von Abweichungstrends. Ein monotolerantes Experiment bildet die Grundlage für das Verständnis des dynamischen Verhaltens eines einzelnen variablen Steuersystems.

Multikapazitäre Flüssigkeitsspiegelsteuerungsexperimente simulieren komplexe Szenarien mit mehreren Wasserbehältern durch die Einführung von Kopplungseffekten zwischen Flüssigkeitsspiegeln in der realen Industrie. Im Experiment beeinflusst eine Änderung des Flüssigkeitsspiegels im vorgelagerten Wassertank den nachgelagerten Wassertank durch die Wasserströmung und bildet eine dynamische Kopplung. Diese Kupplung führt zu einer Erhöhung der Systemordnung (z. B. Doppelkapazitätssystem in der zweiten Ordnung und Drei-Kapazitätssystem in der dritten Ordnung), die dynamischen Eigenschaften sind erheblich kompliziert, die sich als Reaktionsverzögerung, Überregulierung erhöhen und die Anpassungszeit verlängern. Zum Beispiel ist ein PID-Controller in einkapazitären Systemen signifikant, aber in dreikompativen Systemen kann es aufgrund des Kopplungseffekts ausbrechen, und es ist erforderlich, das multivariable System in unabhängige Steuerschaltungen aufzubauen, um die Steuerleistung wiederherzustellen, indem eine Decoupling-Steuerstrategie (wie vage Decoupling, Forward-Feed-Kompensation) verwendet wird. Multikapazitätsexperimente zeigen die Natur der Wechselwirkungen zwischen Variablen in industriellen Prozessen und unterstreichen die weitreichenden Auswirkungen der Kopplungseffekte auf die dynamischen Eigenschaften des Systems.