过程控制系统课程设计题目和要求自动化.docx
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过程控制系统课程设计题目和要求自动化
本次课程设计采用MATLAB仿真完成。
设计题目分为二个部分.
答疑时间:
15周周四（12月13日）下午2：
00-4：
30；地点：
工学二号馆501；
有问题可以发邮件或者打电话。
课程设计报告:
按照设计题目的要求完成报告；
答辩时间:
自动化0901：
16周周五上午8：
30—12：
00,地点：
工学二号馆513;自动化0902:
16周周五下午1:
30—5：
00,地点:
工学二号馆513；
答辩要求：
（1）长学号（如3109001440）末位数相同的若干位同学一起答辩；
（2）要求演示仿真程序；
（3）答辩时交课程设计报告。
第一部分：
要求：
按照长学号（如3109001440）的末位数选做下列题目o
采用MATLAB仿真：
所有仿真，都需要做出以下结果：
（1）超调量
（2）峰值时间
（3）过渡过程时间
（4）錮
（5）第一个波峰值
（6）第二个波峰值
（7）衰减比
（8）衰减率
（9）振荡频率
（10）全部P、I、D的参数
（11）PID的模型
（12）设计思路
0、精餾塔塔内温度的阶跃响应曲线数据如下表所示，控制量阶跃变化山（=50。
试根据实验
数据设计一个超调量巧<25%的无差控制系统。
时间/min
0
0.2
0・4
0・6
0o8
1・0
1・2
被控量
200.1
201.1
204.0
227・0
25lo0
280.0
302o5
时间/m
in
1・4
1c6
1・8
2.0
2.2
2.4
被控量
318.0
329.5
336o0
339・0
340.5
341o0
具体要求如下：
（1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型：
（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）：
（3）根据设计方案选择相应的控制仪表：
（4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数.
1、锅炉汽包液位的阶跃响应曲线数据如下表所示，控制量阶跃变化试根据实验数
据设计一个超调量J<25%的无差控制系统.
时间/m
in
0
5
10
15
20
25
被控量
0o650
0・651
0.652
0.668
0.735
0c817
时间/min
30
35
40
45
50
55
被控量
0o881
0o979
1.075
lo151
1・213
1.239
时间/min
60
65
70
75
80
85
被控量
lo262
1・311
1.329
1.338
1.350
1.351
具体要求如下：
（1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；
（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；
（3）根据设计方案选择相应的控制仪表；
（4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数.
2、加热炉岀口温度控制系统，测取温度对象的过程为:
当系统稳泄时，在温度调节阀上做3%变化，输出温度记录如下：
t/min
0
2
4
6
8
10
12
orc
270.0
270.0
267.0
264-7
262.7
261.0
259.5
t/min
14
16
18
20
22
24
26
ere
258o4
257.8
257o0
256o5
256o0
255o7
255.4
t/min
28
30
32
34
36
38
40
ere
255・2
255o1
255.0
255.0
255.0
255・0
255o0
试根据实验数据设汁一个超调量㊁,525%的无差控制系统。
具体要求如下:
（1）根据实验数据选择一泄的辨识方法建立对象的数学模型；
（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）:
（3）根据设计方案选择相应的控制仪表；
（4）对设计的控制系统进行仿真，整宦运行参数.
3、锅炉进水流量的矩形脉冲响应实验结果为：
t/m
in
0
10
20
40
60
80
100
120
140
160
180
y
0
0
0.2
0・6
1.2
lo6
1.8
2・0
1.9
1・7
lo6
t/
min
200
220
240
26
0
280
300
32
0
340
360
380
400
y
1
0・8
0・7
0o7
0.6
0・6
0・
4
0o2
0o2
0・1
5
0・
15
其中,矩形脉冲幅值△“为阶跃响应稳态值的10%，脉冲宽度4=20min。
试根据实验数据设计一个超调量划＜25%的无差控制系统。
具体要求如下：
（1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；
（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；
（3）根据设计方案选择相应的控制仪表：
（4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。
4、某液位对象，在阶跃扰动量Ah=20%时，英阶跃响应的实验数据如下：
t/s
0
10
20
40
60
80
100
140
h/m
0
0
0o2
0.8
2o0
306
5o4
8c8
t/
s
180
25
0
30
0
400
500
60
0
700
800
h/m
1
1.8
24。
4
1
6.5
18.4
1
9・2
19.
6
19“
8
20
试根据实验数据设计一个超调SJZ»<25%的无差控制系统。
具体要求如下:
（1）根据实验数据选择一泄的辨识方法建立对彖的数学模型；
（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）;
（3）根据设计方案选择相应的控制仪表：
（4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。
5、某液位系统，在阶跃扰动量加=20%时,其阶跃响应的实验数据如下：
t/s
0
10
20
40
60
80
100
11
0
180
250
300
350
h/m
0
0
oa5
2
5
9
13o
5
22
29.
5
36
39
3
9・
5
试根据实验数据设计一个超调量耳S25%的无差控制系统*具体要求如下：
（1）根据实验数据选择一泄的辨识方法建立对象的数学模型；
（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）:
（3）根据设计方案选择相应的控制仪表；
（4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数.
6、精懈塔塔内压力的单位阶跃响应曲线实验数据如下：
t/s
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
y
0
0.02
0.04
5
0c065
0・0
90
0.135
0.175
0o233
0.285
033
0
t/s
150
165
180
195
210
225
240
255
270
285
y
0-379
0o4
3
0o485
0.540
0c5
95
0.65
0
0o710
0・7
80
0・83
0
0c85
5
t/s
300
315
330
345
360
375
y
0o9
51
0.980
0・9
98
0c999
1・0
OO
0
00
试根据实验数据设汁一个超调SJa.<25%的无差控制系统•具体要求如下:
（1）根据实验数据选择一沱的辨识方法建立对象的数学模型：
（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）:
（3）根据设计方案选择相应的控制仪表：
（4）对设计的控制系统进行仿真，整泄运行参数。
7、某液位系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数拯如下：
t/s
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
y
0
0o8
2o8
4・5
5・4
5.9
6.1
6.2
6。
3
6o3
6c3
试根据实验数据设计一个超调MJz,<25%的无差控制系统。
具体要求如下:
（1）根据实验数据选择一泄的辨识方法建立对象的数学模型：
（2）根据辨识结果设计符介要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）:
（3）根据设计方案选择相应的控制仪表；
（4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。
8、加热器出口温度在阶跃扰动M=1・5〃SDC作用下，其输出响应数据如下：
t/s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
y
4.0
4c0
4.2
4.5
4o8
5・1
5」4
5.7
5o8
t/s
9
10
11
•••
00
y
5o85
5.9
6o0
•••
6.0
试根据实验数据设计一个超调量耳525%的无差控制系统•具体要求如下：
（1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；
（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）:
（3）根据设计方案选择相应的控制仪表；
（4）对设计的控制系统进行仿真，整泄运行参数。
9、某温度过程在阶跃扰动、q=\Hh作用下，英温度变化的数据如下：
t/s
0
10
20
30
40
5
0
60
70
80
90
10
0
1
50
20
0
01X
0
0.16
0.6
5
11.5
1・
6
1.8
1.9
1.9
5
1o
98
1.99
2a0
2a0
2.0
试根据实验数据设计一个超调MJz»<25%的无差控制系统。
具体要求如下:
（1）根据实验数据选择一泄的辨识方法建立对象的数学模型：
（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；
（3）根据设计方案选择相应的控制仪表；
（4）对设计的控制系统进行仿頁•，整左运行参数。
第二部分：
要求:
按照长学号（如3109001440）的末位数选做下列题目。
采用MATLAB仿真；所有仿真，都需要做出以下结果：
（1）
超调量
（2）
峰值时间
（3）
过渡过程时间
（4）
（5）
第一个波峰值
（6）
第二个波峰值
（7）
衰减比
（8）
衰减率
（9）
振荡频率
do）
全部P、1、D的参数
（11）
PID的模型
（12）
设计思路
0、某隧道窑炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度作为主变呈，主、副对象的传递函数分别为：
试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：
（1）分别进行控制方案设汁，包括调节阀的选择、控制器参数整左，给岀相应的闭环系统原理图；
（2）进行仿真实验，分别给岀系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次
扰动）；
（3）说明不同控制方案对系统的影响。
1.升降膜式蒸发器的控制通道特性为凤心）=严,扰动通道特性为（4.055+1）（54-1）
Wf（s）=o试设计前馈一反馈控制系统，具体要求如下：
1054-1
（1）仿真分析不同形式前馈控制器对系统性能的影响；
（2）仿真分析不同结构形式的前馈一反馈控制系统对系统性能的影响；
（3）选择一种较为理想的控制方案进行设计,包括调iT阀的选择、控制器参数整左，给出相应的闭环系统原理图：
（4）进行仿貞•实验，给出系统的跟踪性能和抗「扰性能：
2、某加热炉的数学模型为G（$）=—I—『如，试设计大时延控制系统，具体要求如下：
320$+1
（1）仿真分析以下控制方案对系统性能的影响：
PID、微分先行、中间微分、Smith预估、增益自适应预估：
给出相应的闭环控制系统原理图：
（2）在不同控制方式下进行仿真实验，比较系统的跟踪性能和抗干扰性能：
（3）选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调右阀的选择、控制器参数整左。
3、干燥器的实际数学模型为q（s）=-i—C"',辨识出的数学模型为G”（s）=_—f,试
p305+1»30$+1
设计大时延控制系统，具体要求如下：
（1）仿真分析以下控制方案对系统性能的影响：
PID、微分先行、中间微分、Smith预估、增益自适应预估;给岀相应的闭环控制系统原理图；
（2）在不同控制方式下进行仿真实验，比较系统的跟踪性能和抗干扰性能：
（3）选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调右阀的选择、控制器参数整宦。
4、化学反应釜串级控制系统，主、副对彖的传递函数分别为：
75
%"）=厂产，％（£）=厂严
85+13s+l
主、副测量变送环节的传递函数分别为：
试分别采用串级控制设汁温度控制系统，具体要求如下：
（1）进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整泄,给岀相应的闭环系统原理图；
（2）进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次扰动）；
5、管式加热炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变疑，烧成温度作为主变量，主、副对象的传递函数分别为：
7I
G（”（5）=严、，GiP（5）=
185+102（105+1）（205+1）
试分別采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：
（1）分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整左，给出相应的闭环
系统原理图：
（2）进行仿真实验，分别给岀系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次扰动）：
（3）说明不同控制方案对系统的影响。
6、液氨蒸发器主、副对象的传递函数分别为：
（5）=,Gq、（s）=—!
—e-0」、
（205+1）（305+1）-0.25+1
主、副扰动通道的传递函数分别为：
试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：
（1）分別进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整左，给岀相应的闭环系统原理图：
（2）进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次扰动）；
（3）说明不同控制方案对系统的影响。
7、冷凝器的控制通道特性为矶（$）=_2竺严，扰动通道特性为州心）=竺-严。
试设计
55$+1415+1
前馈一反馈控制系统，具体要求如下：
（1）仿真分析不同形式前馈控制器对系统性能的影响；
（2）仿真分析不同结构形式的前馈-反馈控制系统对系统性能的影响；
（3）选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定,给出相应的闭环系统原理图：
（4）进行仿貞•实验，给出系统的跟踪性能和抗干扰性能；
8、工业锅炉主、副对象的传递函数分别为：
G°l{S）==（35+1）（305+1），°02（5）=（$+l）"10s+l）
主、副扰动通道的传递函数分别为：
5
G/i（s）=»G,2（s）=】
5+2
试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：
（1）分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整立，给岀相应的闭环系统原理图；
（2）进行仿貞•实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次扰动）：
（3）说明不同控制方案对系统的影响。
9、蒸发器的控制通道特性为比“）=-2竺严，扰动通道特性为比“）=竺_严=试设计
55^+1415+1
前馈-反馈控制系统，具体要求如下：
（1）仿真分析不同形式前馈控制器对系统性能的影响；
（2）仿真分析不同结构形式的前馈一反馈控制系统对系统性能的影响；
（3）选择一种较为理想的控制方案进行设计,包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系统原理图；
（4）进行仿真实验，给岀系统的跟踪性能和抗干扰性能：
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