В даному випадку витрата рідини залежить від прохідного січення , яке змінюється за допомогою вентиля, що встановлений у вихідному трубопровіднику. При цьому інтенсивність витрат рідини залежить від керованого рівня рідини .
Згідно положень гідравліки
, (3.20)
де – вагова витрата (кГ/сек); – коефіцієнт в’язкості рідини; – прохідне січення (см2); – прискорення вільного падіння (м/сек2); – питома вага рідини (кГ/м3); – перепад тисків на гідравлічному опорі (кГ/см2).
Об’ємна витрата рідини визначається за формулою
. (3.21)
Тиск наближено дорівнює тиску на дно посудини
(3.22)
де , – рівень рідини, що вимірюється відповідно в см і м.
Виразивши інтенсивність витрат в см3/сек і вважаючи, що вихідний трубопровід працює на відкритий злив, тобто з рівнянь (3.21), (3.22) отримаємо вираз залежності витрати рідини від її рівня
. (3.23)
Виразивши прохідне січення вентиля в м2, тобто , згідно рівняння (3.23) отримаємо
. (3.24)
Позначивши , отримаємо
. (3.25)
З врахуванням (3.25) рівняння (3.2) набуде вигляду
. (3.26)
Вважаючи, що при , отримаємо рівняння рівноваги
. (3.27)
Як випливає з рівняння (3.25) витрата рідини є нелінійною функцією. Лінеаризуємо її шляхом розкладу в ряд Тейлора функції двох змінних
. (3.28)
Вважаючи, що при , запишемо вираз (3.26) з врахуванням лінеаризації (3.28)
(3.29)
З врахування (3.27), отримаємо
(3.30)
Рівняння (3.30) є рівнянням динаміки розглядуваного об’єкту в абсолютних приростах. Для запису його у відносних приростах введемо такі змінні
(3.31)
Підставляючи абсолютні прирости (3.31) в рівняння (3.30), отримаємо:
. (3.32)
Розділивши (3.32) на і враховуючи (3.27) отримаємо кінцевий вираз рівняння динаміки розглядуваного об’єкту керування у відносних приростах
, (3.33)
де – стала часу.
Визначимо передатну функцію об’єкту за вхідною дією . Зображення за Лапласом рівняння (3.33) має вигляд
, (3.34)
Передатна функція згідно (3.34) буде
. (3.35)
Підставивши отримаємо вираз для АФХ об’єкту
. (3.36)
Це означає, що ДЧХ, УЧХ, АЧХ та ФЧХ будуть визначатися співвідношеннями