2014-2015过程控制系统课程设计题目和要求-自动化1102

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：19周周二（1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；答辩须知：申请评优（五分制成绩：优秀）的同学参加答辩。答辩时间：19周周五（1月16日）下午1：30-4：30，地点：工学二号馆501；答辩要求：（1）演示仿真程序；（2）提交课程设计报告。第一部分：要求：按照长学号（如3111000872）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50u。试根据实验数据设计一个超调量25%p的无差控制系统。时间/min00.20.40.60.81.01.2被控量200.1201.1204.0227.0251.0280.0302.5时间/min1.41.61.82.02.22.4被控量318.0329.5336.0339.0340.5341.0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5u。试根据实验数据设计一个超调量25%p的无差控制系统。时间/min0510152025被控量0.6500.6510.6520.6680.7350.817时间/min303540455055被控量0.8810.9791.0751.1511.2131.239时间/min606570758085被控量1.2621.3111.3291.3381.3501.351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/min024681012/oC270.0270.0267.0264.7262.7261.0259.5t/min14161820222426/oC258.4257.8257.0256.5256.0255.7255.4t/min28303234363840/oC255.2255.1255.0255.0255.0255.0255.0试根据实验数据设计一个超调量25%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/min01020406080100120140160180y000.20.61.21.61.82.01.91.71.6t/min200220240260280300320340360380400y10.80.70.70.60.60.40.20.20.150.15其中，矩形脉冲幅值为阶跃响应稳态值的10%，脉冲宽度20mint。试根据实验数据设计一个超调量25%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。4、某液位对象，在阶跃扰动量20%u时，其阶跃响应的实验数据如下：t/s01020406080100140h/m000.20.82.03.65.48.8t/s180250300400500600700800h/m11.814.416.518.419.219.619.820试根据实验数据设计一个超调量25%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20%u时，其阶跃响应的实验数据如下：t/s01020406080100140180250300350h/m000.525913.52229.5363939.5试根据实验数据设计一个超调量25%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/s0153045607590105120135y00.020.0450.0650.0900.1350.1750.2330.2850.330t/s150165180195210225240255270285y0.3790.430.4850.5400.5950.6500.7100.7800.8300.855t/s300315330345360375y0.9510.9800.9980.9991.0001.000试根据实验数据设计一个超调量25%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/s0102030405060708090100y00.82.84.55.45.96.16.26.36.36.3试根据实验数据设计一个超调量25%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1.5ImADC作用下，其输出响应数据如下：t/s012345678y4.04.04.24.54.85.15.45.75.8t/s91011y5.855.96.06.0试根据实验数据设计一个超调量25%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。9、某温度过程在阶跃扰动1/qth作用下，其温度变化的数据如下：t/s0102030405060708090100150200/oC00.160.651.151.61.81.91.951.981.992.02.02.0试根据实验数据设计一个超调量25%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。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、合成塔的实际数学模型为20210()(101)spGses，辨识出的数学模型为30210()(201)spGses，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。1、混合器主、副对象的传递函数分别为：3018()61sGses，0210()(4)Gsss主、副测量变送环节的传递函数分别为：11()101mGss，2()1mGs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。2、再热器主、副对象的传递函数分别为：0150()(5)(10)Gssss，021()10sGses主、副扰动通道的传递函数分别为：2121()(0.51)sfGses，2()1fGs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。3、石英炉是融化水晶粉制造石英玻璃的主要设备。由于石英玻璃熔点高达1800-2000Co，制造工艺复杂，因此需要一个性能较高的温度控制系统来保证工艺的重复性，提高产品的质量。已知石英炉的传递函数为：sesssG1000)176)(118(54)(检测变送器的传递函数为：smessG31101)(试设计石英炉温度控制系统，具体要求如下：（1）根据已知条件确定广义对象的传递函数；（2）根据对象特征选取两种可行的控制方案，给出相应的闭环系统原理图；（3）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；（4）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。4、冷凝器的控制通道特性为502.14()401sWses，扰动通道特性为91.32()451sfWses。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；5、热交换器主、副对象的传递函数分别为：0125()(41)(201)Gssss，2.56025()3.21sGses主、副测量变送环节的传递函数分别为：12.6()0.181mGss，2()1fGs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。6、蒸馏器的实际数学模型为5320.4()(131)spGses，辨识出的数学模型为4120.3()(151)spGses，试设计大时延控制系统，具体要求如下