過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計題目

要求：

(1)(一)采用MATLAB仿真;所有仿真,都需要做出以下結(jié)果:

(2)超調(diào)量

(3)峰值時間

(4)過渡過程時間

(5)金姜

(6)第一個波峰值

(7)第二個波峰值

(8)衰減比

(9)衰減率

(10)振蕩頻率

(11)全部P、I、D的參數(shù)

(12)PID的模型

(-)每人一個題目，自己完成課程設(shè)計報告,報告的格式如

圖論文格式

二.液氨的水溫控制系統(tǒng)設(shè)計

液氨蒸發(fā)器主、副對象的傳遞函數(shù)分別為：

Gm(s)=-------!-------,G，(s)=---產(chǎn)

(205+1)(305+1)o-0.2s+1

主、副擾動通道的傳遞函數(shù)分別為:

口，□

(1)試分別采用單回路控制和串級控制設(shè)計溫度控制系統(tǒng),具體要求如下：

(2)分別進行控制方案設(shè)計，包括調(diào)節(jié)閥的選擇、控制器參數(shù)整定，給出相應(yīng)的閉環(huán)

系統(tǒng)原理圖；

(3)進行仿真實驗，分別給出系統(tǒng)的跟蹤性能和抗干擾性能(包括一次擾動和二次

旭)；

(4)說明不同控制方案對系統(tǒng)的影響。

二.爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計

(1)設(shè)計任務(wù)：某加熱爐的數(shù)學模型為口試設(shè)計大時延控制系統(tǒng),具體要求如下：

仿真分析以下控制方案對系統(tǒng)性能的影響：PID.微分先行、中間微分、Smith預估、增益自

適應(yīng)預估；給出相應(yīng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖；

在不同控制方式下進行仿真實驗,b匕較系統(tǒng)的跟蹤性能和抗干擾性能；

選擇一種較為理想的控制方案進行設(shè)計,包才舌調(diào)節(jié)閥的選擇、控制器參數(shù)整定。

三.鍋爐夾套與被加熱介質(zhì)的溫度控制

1.設(shè)計任務(wù)(可2人選此題)

了解、熟悉鍋爐夾套與內(nèi)膽溫度控制系統(tǒng)的工藝流程和生產(chǎn)過程的靜態(tài)、動態(tài)特性,根據(jù)生

產(chǎn)過程對控制系統(tǒng)所提出的安全性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性要求,結(jié)合所學知識實現(xiàn)溫度的控制。

2.設(shè)計耍求

(1)從組成、工作原理上對工業(yè)型傳感器、執(zhí)行機構(gòu)有一定的了解和認識。

分析控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)動態(tài)特性,建立被控對象的數(shù)學模型,選定被控規(guī)律、正定調(diào)節(jié)器參

數(shù)。

在Matlab上進行仿真,調(diào)節(jié)控制器參數(shù),獲得最佳控制效果。

四.水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計

1.設(shè)計任務(wù)(可2人選此題)

設(shè)計供水水箱的液位控制系統(tǒng),系統(tǒng)使用PID調(diào)節(jié)器,設(shè)計控制系統(tǒng)的控制方式,確定控制

器參數(shù),實現(xiàn)當系統(tǒng)在上下水流量發(fā)生變化時能快速恢復到設(shè)定值的功能。

2.設(shè)計要求

(1)設(shè)計水箱液位控制的系統(tǒng)方案。

⑵設(shè)計控制系統(tǒng)的控制方式和PID參數(shù)。

(3)實現(xiàn)系統(tǒng)的建模和仿真。

(4)分析不同控制規(guī)律和不同參數(shù)下系統(tǒng)的特點。

五、升降膜式蒸發(fā)器的前饋-反饋控制系統(tǒng)

(1)升降膜式蒸發(fā)器的控制通道特性為口，擾動通道特性為口。試設(shè)計前饋-反饋控

制系統(tǒng),具體要求如下：

(2)仿真分析不同形式前饋控制器對系統(tǒng)性能的影響；

(3)仿真分析不同結(jié)構(gòu)形式的前饋-反饋控制系統(tǒng)對系統(tǒng)性能的影響；

(4)選擇一種較為理想的控制方案進行設(shè)計，包活調(diào)節(jié)閥的選擇、控制器參數(shù)整定,

給出相應(yīng)的熱系統(tǒng)原理圖；

進行仿真實驗,給出系統(tǒng)的跟蹤性能和抗干擾性能；

六.隧道窯路溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1.設(shè)計任務(wù)：

某隧道窯爐系統(tǒng),考慮將燃燒室溫度作為副變量,燒成溫度作為主變量，

主、副對象的傳遞函數(shù)分別為：

10

GHG)=G(JS)=

6s+1(54-2)(25+1)

試分別采用單回路控制和串級控制設(shè)計溫度控制系統(tǒng)。

(1)2.具體要求如下：

(2)分別進行控制方案設(shè)計，包括調(diào)節(jié)閥的選擇、控制器參數(shù)整定，給出相應(yīng)的閉環(huán)

系統(tǒng)原理圖；

(3)進行仿真實驗，分別給出系統(tǒng)的跟蹤性能和抗干擾性能(包括一次擾動和二次

胸)；

(4)說明不同控制方案對系統(tǒng)的影響。

七.化學反應(yīng)釜控制系統(tǒng)設(shè)計

化學反應(yīng)釜串級控制系統(tǒng),主、副對象的傳遞函數(shù)分別為：

G°G)=3n產(chǎn)，^(5)=-^-^

8.v+13.y+1

主、副測量變送環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)分別為：

口，□

主、副擾動通道的傳遞函數(shù)分別為：

口，□

(1)試分別采用串級控制設(shè)計溫度控制系統(tǒng),具體要求如下：

(2)進行控制方案設(shè)計，包括調(diào)節(jié)閥的選擇、控制器參數(shù)整定，給出相應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)

原理圖；

進行仿真實驗,分別給出系統(tǒng)的跟蹤性能和抗干擾性能(包括一次擾動和二

次擾動)；

八.冷凝水溫控制的前饋-反饋控制設(shè)計

(1)1.設(shè)計任務(wù)：冷凝器的控制通道特性為口，擾動通道特性為□。試設(shè)計前饋-反

饋控制系統(tǒng),具體要求如下：

(2)仿真分析不同形式前饋控制器對系統(tǒng)性能的影響；

(3)仿真分析不同結(jié)構(gòu)形式的前饋-反饋控制系統(tǒng)對系統(tǒng)性能的影響；

選擇一種較為理想的控制方案進行設(shè)計,包括調(diào)節(jié)閥的選擇、控制器參數(shù)整定,給出相應(yīng)的

閉環(huán)系統(tǒng)原理圖；

(4)進行仿真實驗,給出系統(tǒng)的跟蹤性能和抗干擾性能；

九.啤酒發(fā)酵過程的控制

1.設(shè)計任務(wù)(可2人選此題)

設(shè)計一啤酒發(fā)酵控制系統(tǒng),主要實現(xiàn)對發(fā)酵溫度的控制,同時監(jiān)測麥芽汁濃度變化

2.設(shè)計要求

(1)了解熟悉啤酒工業(yè)生產(chǎn)過程,查找啤酒發(fā)酵過程典型的溫度控制曲線,建立數(shù)學模

型。

(2)控制罐溫在特定階段時標準的工業(yè)生產(chǎn)曲線相符合。

(3)控制罐內(nèi)氣體的有效排放使罐內(nèi)壓力符合不同階段的需要。

十.流量的滯后控制

1.設(shè)計彳壬務(wù)(2個人可選)

1.了解、熟悉盤管流量的滯后控制系統(tǒng)的工藝流程和生產(chǎn)過程的靜態(tài)、動態(tài)特性,根據(jù)生

產(chǎn)過程對控制系統(tǒng)所提出的安全性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性要求,結(jié)合所學知識實現(xiàn)溫度的控

制。

2.設(shè)計要求

(2)從組成、工作原理上對工業(yè)型傳感器、執(zhí)行機構(gòu)有一定的了解和認識。

分析控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)動態(tài)特性,建立被控對象的數(shù)學模型,選定被控規(guī)律、正定調(diào)節(jié)器參

數(shù)。

在Matlab上進行仿真調(diào)節(jié)控制器參數(shù),獲得最佳控制效果。

十一.流量比值控制系統(tǒng)

1.設(shè)計任務(wù)

2.已知在硝酸生產(chǎn)中有個氧化工序，將氨氣氧化為一氧化氮。氨氣和氧氣最大進行量分別

為12000方/小時和5000方/小時,調(diào)節(jié)閥前后壓差分別為lOMpa和5Mpa,監(jiān)控并

分析其流量比值控制系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)。為提高氧化率，則要求達到的氨氣氧氣比例為

2:1.

3.設(shè)計要求

(1)建立起已確定比值控制系統(tǒng)方案的控制流程圖和系統(tǒng)框圖。

根據(jù)已知、各種資料和計算獲得主動控制量控制系統(tǒng)和從動控制量控制系統(tǒng)的廣義

傳遞函數(shù),選擇非延時系統(tǒng),建立仿真模型。

采用理論分析法,結(jié)合仿真實驗對K參數(shù)進行整定，繪出仿真結(jié)果曲線。

十一.前饋反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與整定

1.設(shè)計任務(wù)

對三容水箱液位、壓力控制系統(tǒng)進行設(shè)計。參數(shù)要求:液位控制精度位±5%,壓力控制精度

為±3%。

2.設(shè)計要求

[1)測試對象獲得數(shù)學模型,進行仿真。

(2)設(shè)計前饋反饋控制系統(tǒng),選擇所有系統(tǒng)部件,并說明選擇依據(jù)。

(3)畫出控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖和系統(tǒng)框圖。

(4)對設(shè)計的控制系統(tǒng)進行仿真,整定運行參數(shù)。

十三.鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)設(shè)計

1.設(shè)計任務(wù):

鍋爐汽包液位的階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)如下表所示,控制量階躍變化Du=5。試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)

計一個超調(diào)量口25%的無差控制系統(tǒng)。

時間/min0510152025

被控量0.6500.6510.6520.6680.7350.817

IhflnJ/min303540455055

被控量0.8810.9791.0751.1511.2131.239

時間/min606570758085

被控量1.2621.3111.3291.3381.3501.351

2.設(shè)計要求:

(1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇一定的辨識方法建立對象的數(shù)學模型；

(2)根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)原理圖、控制規(guī)律選擇等)；

(3)根據(jù)設(shè)計方案選擇相應(yīng)的控制儀表；

(4)對設(shè)計的控制系統(tǒng)進行仿真,整定運行參數(shù)。

十四.干燥系統(tǒng)

(1)干燥器的實際數(shù)學模型為口，辨識出的數(shù)學模型為口，試設(shè)計大時延控制系統(tǒng),

具體要求如下：

(2)仿真分析以下控制方案對系統(tǒng)性能的影響：PID.微分先行、中間微分、Smith預

估、增益自適應(yīng)預估；給出相應(yīng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖；

在不同控制方式下進行仿真實驗，比較系統(tǒng)的跟蹤性能和抗干擾性能；

選擇一種較為理想的控制方案進行設(shè)計,包括調(diào)節(jié)閥的選擇、控制器參數(shù)整定。

十五

加熱爐024681012

出口溫

度控制

系統(tǒng),測

取溫度

對象的

過程為：

當系統(tǒng)

穩(wěn)定時，

在溫度

調(diào)節(jié)閥

上做

3%變

化,輸出

溫度記

錄如下：

t/min

01℃270.0270.0267.0264.7262.7261.0259.5

t/min14161820222426

258.4257.8257.0256.5256.0255.7255.4

t/min28303234363840

01℃255.2255.1255.0255.0255.0255.0255.0

(1)試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)計一個超調(diào)量口的無差控制系統(tǒng)。具體要求如下:

(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇一定的辨識方法建立對象的數(shù)學模型；

(3)根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)原理圖、控制規(guī)律選擇等)；

(4)根據(jù)設(shè)計方案選擇相應(yīng)的控制儀表；

對設(shè)計的控制系統(tǒng)進行仿真,整定運行參數(shù)。

十六

鍋爐01020406080100120140160180

進水

流量

的矩

形脈

沖響

應(yīng)實

驗結(jié)

果為：

t/

min

Y000.20.61.21.61.82.01.91.71.6

V200220240260280300320340360380400

min

Y10.80.70.70.60.60.40.20.20.150.15

其中,矩形脈沖幅值口為階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的10%,脈沖寬度口。

(1)試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)計一個超調(diào)量口的無差控制系統(tǒng)。具體要求如下：

(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇一定的辨識方法建立對象的數(shù)學模型；

(3)根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)原理圖、控制規(guī)律選擇等)；

(4)根據(jù)設(shè)計方案選擇相應(yīng)的控制儀表；

對設(shè)計的控制系統(tǒng)進行仿真，整定運行參數(shù)。

十七(可2人選此題?

某液01020406080100140

颯

象，

在階

躍擾

動量

□

時，

其階

躍響

應(yīng)的

實驗

數(shù)據(jù)

如

下：

t/S

h/m000.20.82.03.65.48.8

t/s180250300400500600700800

h/m11.814.416.518.419.219.619.820

(1)試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)計一個超調(diào)量口的無差控制系統(tǒng)。具體要求如下：

(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇一定的辨識方法建立對象的數(shù)學模型；

(3)根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)原理圖、控制規(guī)律選擇等)；

(4)根據(jù)設(shè)計方案選擇相應(yīng)的控制儀表；

對設(shè)計的控制系統(tǒng)進行仿真,整定運行參數(shù)。

十八

某液01020406080100140180250300350

統(tǒng)，

在階

躍擾

動量

□

時，

其階

躍響

應(yīng)的

實驗

數(shù)據(jù)

如

下：

t/s

h/m000.525913.52229.5363939.5

(1)試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)計一個超調(diào)量口的無差控制系統(tǒng)。具體要求如下:

(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇一定的辨識方法建立對象的數(shù)學模型；

(3)根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)原理圖、控制規(guī)律選擇等)；

(4)根據(jù)設(shè)計方案選擇相應(yīng)的控制儀表；

對設(shè)計的控制系統(tǒng)進行仿真,整定運行參數(shù)。

十九

精微0153045607590105120135

塔塔

內(nèi)壓

力的

單位

階躍

響應(yīng)

曲線

實驗

數(shù)據(jù)

如下：

t/s

Y00.020.0450.0650.0900.1350.1750.2330.2850.330

t/s150165180195210225240255270285

Y0.3790.430.4850.5400.5950.6500.7100.7800.8300.855

t/s300315330345360375

Y0.9510.9800.9980.9991.0001.000

(1)試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)計一個超調(diào)量口的無差控制系統(tǒng)。具體要求如下:

(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇一定的辨識方法建立對象的數(shù)學模型；

(3)根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)原理圖、控制規(guī)律選擇等)；

(4)根據(jù)設(shè)計方案選擇相應(yīng)的控制儀表；

對設(shè)計的控制系統(tǒng)進行仿真,整定運行參數(shù)。

二十

某液0102030405060708090100

統(tǒng)，

在控

制閥

開度

增加

10%

后，

液位

的響

應(yīng)數(shù)

據(jù)如

下：

t/s

Y00.82.84.55.45.96.16.26.36.36.3

(1)試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)計一個超調(diào)量口的無差控制系統(tǒng)。具體要求如下:

(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇一定的辨識方法建立對象的數(shù)學模型；

(3)根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)原理圖、控制規(guī)律選擇等)；

(4)根據(jù)設(shè)計方案選擇相應(yīng)的控制儀表；

對設(shè)計的控制系統(tǒng)進行仿真,整定運行參數(shù)。

二十一

加熱器012345678

出口溫

度在階

躍擾動

□DC

作用

下，其

輸出響

應(yīng)數(shù)據(jù)

如下：

Vs

y4.04.04.24.54.85.15.45.75.8

Vs91011.??co

y5.855.96.0???6.0

(1)試根據(jù)實驗數(shù)據(jù)設(shè)計一個超調(diào)量口的無差控制系統(tǒng)。具體要求如下:

(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇一定的辨識方法建立對象的數(shù)學模型；

(3)根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)(控制系統(tǒng)原理圖、控制規(guī)律選擇等)；

(4)根據(jù)設(shè)計方案選擇相應(yīng)的控制儀表；

對發(fā)計的控制系統(tǒng)進行仿真,整定運行參數(shù)。

二十二

某0102030405060708090100150200

舊

inn

度

過

程

在

階

躍

擾

動

口

作

用

E

其

溫

度

變

化

的

數(shù)

據(jù)

如

T:

t/s

2.0

2.0

2.0

1.99

1.9

.16

00

1.98

1.95

1.8

1.6

11.5

0.65

er'c

下：

求如

具體要

統(tǒng)。

控制系

的無差

調(diào)量口

一個超

據(jù)設(shè)計

實驗數(shù)

試根據(jù)

(1)

；

學模型

象的數(shù)

建立對

識方法

定的辨

選擇一

驗數(shù)據(jù)

根據(jù)實

(2)

)；

擇等

律選

制規(guī)

、控

理圖

統(tǒng)原

制系

統(tǒng)(控

制系

的控

要求

符合

設(shè)計

結(jié)果

辨識

根據(jù)

(3)

表；

制儀

的控

相應(yīng)

選擇

方案

設(shè)計

根據(jù)

(4)

數(shù)。

運行參

,整定

行仿真

系統(tǒng)進

的控制

對設(shè)計

三

二十

量,

為主變

溫度作

,燒成