2012-2013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。 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） 余差

（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、 精馏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?u数据设计一个超调量?p时间/min 被控量 时间/min 0 200.1 1.4 0.2 201.1 1.6 329.5 ?25%?50。试根据实验

的无差控制系统。 0.4 204.0 1.8 336.0 0.6 227.0 2.0 339.0 0.8 251.0 2.2 340.5 1.0 280.0 2.4 341.0 1.2 302.5 被控量 318.0 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?u据设计一个超调量?p时间/min 被控量 时间/min 被控量 时间/min 被控量 0 0.650 30 0.881 60 1.262 ?25%?5。试根据实验数

的无差控制系统。

10 0.652 40 1.075 70 1.329 15 0.668 45 1.151 75 1.338 20 0.735 50 1.213 80 1.350 25 0.817 55 1.239 85 1.351 5 0.651 35 0.979 65 1.311 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、加热炉出口温度控制系统，测取温度对象的过程为：当系统稳定时，在温度调节阀上做3%变化，输出温度记录如下： t/min ?/Co0 270.0 14 258.4 28 255.2 2 270.0 16 257.8 30 255.1 4 267.0 18 257.0 32 255.0 ?25%6 264.7 20 256.5 34 255.0 8 262.7 22 256.0 36 255.0 10 261.0 24 255.7 38 255.0 12 259.5 26 255.4 40 255.0 t/min ?/Cot/min ?/Co试根据实验数据设计一个超调量?p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。

3、锅炉进水流量的矩形脉冲响应实验结果为： t/ min 0 y 0 t/ min 200 10 0 220 20 0.2 240 40 0.6 260 60 1.2 280 80 1.6 300 100 1.8 320 120 2.0 340 140 1.9 360 160 1.7 380 0.15 180 1.6 400 0.15 y 1 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 0.4 0.2 0.2 其中，矩形脉冲幅值??为阶跃响应稳态值的10%，脉冲宽度?t?20min。 试根据实验数据设计一个超调量?p?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?ut/s h/m t/s h/m 0 0 180 11.8 10 0 250 14.4 20 0.2 300 16.5 40 0.8 400 18.4 ?20%时，其阶跃响应的实验数据如下：

80 3.6 600 19.6 100 5.4 700 19.8 140 8.8 800 20 60 2.0 500 19.2 ?25%试根据实验数据设计一个超调量?p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。

5、某液位系统，在阶跃扰动量?ut/s h/m 0 0 10 0 20 0.5 40 2 ?20%时，其阶跃响应的实验数据如下： 80 9 100 13.5 140 22 180 29.5 250 36 300 39 350 39.5 60 5 ?25%试根据实验数据设计一个超调量?p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。

6、精馏塔塔内压力的单位阶跃响应曲线实验数据如下： t/s y t/s y t/s y 0 0 150 0.379 300 0.951 15 0.02 165 0.43 315 0.980 30 0.045 180 0.485 330 0.998 45 0.065 195 0.540 345 0.999 ?25` 0.090 210 0.595 360 1.000 75 0.135 225 0.650 375 1.000 90 0.175 240 0.710 105 0.233 255 0.780 120 0.285 270 0.830 135 0.330 285 0.855 试根据实验数据设计一个超调量?p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。

7、某液位系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下： t/s y 0 0 10 0.8 20 2.8 30 4.5 40 5.4 ?25P 5.9 60 6.1 70 6.2 80 6.3 90 6.3 100 6.3 试根据实验数据设计一个超调量?p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。

8、加热器出口温度在阶跃扰动?It/s y t/s y 0 4.0 9 5.85 1 4.0 10 5.9 2 4.2 11 6.0 ?1.5mADC作用下，其输出响应数据如下： 4 4.8 ? 6.0 5 5.1 6 5.4 7 5.7 8 5.8 3 4.5 ? ? 试根据实验数据设计一个超调量?p?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。

9、某温度过程在阶跃扰动?q?1t/h作用下，其温度变化的数据如下： t/s ?/Co0 0 10 20 30 40 50 1.8 60 1.9 70 80 90 100 150 2.0 200 2.0 0.16 0.65 11.5 1.6 1.95 1.98 1.99 2.0 试根据实验数据设计一个超调量?p?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。

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） 余差

（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、某隧道窑炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度作为主变量，主、副对象的传递函数分别为：

G01(s)?86s?1e?3s，G02(s)?10(s?2)(2s?1)

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、控制器参数整定，给出相应的闭

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。

1、升降膜式蒸发器的控制通道特性为W0(s)?Wf(s)?210s?1e?10s1.67*8.22(4.05s?1)(s?1)e?8s，扰动通道特性为

。试设计前馈-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-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，给出系统的跟踪性能和抗干扰性能；

2、某加热炉的数学模型为G(s)?7320s?1e?150s，试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，包括调节阀的选择、控制器参数整定。

3、干燥器的实际数学模型为Gp(s)?230s?1e?30s，辨识出的数学模型为Gp(s)?1.530s?1e?20s，

试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，包括调节阀的选择、控制器参数整定。

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