过程控制系统课程设计题目

更新时间:2024-01-29 21:37:01 阅读量: 教育文库 文档下载

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过程控制系统课程设计题目 要求:

(一)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 (二)每人一个题目,自己完成课程设计报告,报告的格式如图论文格式

一. 液氨的水温控制系统设计

液氨蒸发器主、副对象的传递函数分别为:

G01(s)?11, G02(s)?e?0.1s

(20s?1)(30s?1)0.2s?1主、副扰动通道的传递函数分别为:

Gf1(s)?1, Gf2(s)?1 0.2s?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。

二.炉温控制系统设计

设计任务:某加热炉的数学模型为G(s)?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; 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。

三.锅炉夹套与被加热介质的温度控制

1.设计任务(可2人选此题)

了解、熟悉锅炉夹套与内胆温度控制系统的工艺流程和生产过程的静态、动态特性,根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求,结合所学知识实现温度的控制。 2.设计要求

(1) 从组成、工作原理上对工业型传感器、执行机构有一定的了解和认识。

(2) 分析控制系统各环节动态特性,建立被控对象的数学模型,选定被控规律、正定调

节器参数。

(3) 在Matlab上进行仿真,调节控制器参数,获得最佳控制效果。

7e?150s,试设计大时延控制系统,具体要求

320s?1

四.水箱液位控制系统设计

1.设计任务(可2人选此题)

设计供水水箱的液位控制系统,系统使用PID调节器,设计控制系统的控制方式,确定控制器参数,实现当系统在上下水流量发生变化时能快速恢复到设定值的功能。 2.设计要求

(1)设计水箱液位控制的系统方案。 (2)设计控制系统的控制方式和PID参数。 (3)实现系统的建模和仿真。

(4)分析不同控制规律和不同参数下系统的特点。

五、升降膜式蒸发器的前馈-反馈控制系统 升降膜式蒸发器的控制通道特性为W0(s)?Wf(s)?1.67*8.22e?8s,扰动通道特性为

(4.05s?1)(s?1)2e?10s。试设计前馈-反馈控制系统,具体要求如下: 10s?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-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;

六.隧道窑路温度控制系统设计

1.设计任务:

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)?108?3s e,G02(s)?(s?2)(2s?1)6s?1试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统。 2.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。

七.化学反应釜控制系统设计

化学反应釜串级控制系统,主、副对象的传递函数分别为:

G01(s)?7?2s5?2se, G02(s)?e 8s?13s?1主、副测量变送环节的传递函数分别为:

Gm1(s)?11, Gm2(s)? 2s?1s?1主、副扰动通道的传递函数分别为:

Gf1(s)?2.51.5, Gf2(s)? 4s?15s?1试分别采用串级控制设计温度控制系统,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);

八.冷凝水温控制的前馈-反馈控制设计

1.设计任务:冷凝器的控制通道特性为W0(s)?Wf(s)?0.94?6se,扰动通道特性为55s?11.05?8se。试设计前馈-反馈控制系统,具体要求如下: 41s?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-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;

九.啤酒发酵过程的控制

1.设计任务(可2人选此题)

设计一啤酒发酵控制系统,主要实现对发酵温度的控制,同时监测麦芽汁浓度变化 2.设计要求

(1)了解熟悉啤酒工业生产过程,查找啤酒发酵过程典型的温度控制曲线,建立数学模

型。

(2)控制罐温在特定阶段时标准的工业生产曲线相符合。 (3)控制罐内气体的有效排放,使罐内压力符合不同阶段的需要。

十.流量的滞后控制

1.设计任务(2个人可选)

了解、熟悉盘管流量的滞后控制系统的工艺流程和生产过程的静态、动态特性,根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求,结合所学知识实现温度的控制。 1. 设计要求

(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。 二十一

加热器出口温度在阶跃扰动?I?1.5mADC作用下,其输出响应数据如下: t/s y t/s y 0 4.0 9 5.85 1 4.0 10 5.9 2 4.2 11 6.0 3 4.5 ? ? 4 4.8 ? 5 5.1 6 5.4 7 5.7 8 5.8 6.0 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。 二十二

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 0 10 20 30 40 50 1.8 60 1.9 70 80 90 100 150 200 2.0 2.0 ?/oC 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。

二十三

管式加热炉系统,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)?17?2s e,G02(s)?(10s?1)(20s?1)8s?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。 二十四

7e?150s,试设计大时延控制系统,具体要求如下:

320s?1某加热炉的数学模型为G(s)?(3) 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;

(4) 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; (5) 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。

二十五

工业锅炉主、副对象的传递函数分别为:

G01(s)?11, G02(s)? 2(3s?1)(30s?1)(s?1)(10s?1)主、副扰动通道的传递函数分别为:

Gf1(s)?5, Gf2(s)?1 s?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);

说明不同控制方案对系统的影响。 二十六

0.94?6s1.05?8se,扰动通道特性为Wf(s)?e。试设计前55s?141s?1蒸发器的控制通道特性为W0(s)?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;

二十七(可2人选此题)

煤气炉的供气阀门开度变化?u?20%、持续?t?1min后结束,若炉温度控制系统的正常工作点为450℃,记录炉内温度变化数据如下表,试根据实验数据设计一个超调量

?p?30%的无差温度控制系统。

具体设计要求如下:

t(min) 0 0 11 1 2 3 4 21 15 5 6 7 8 9 10 ??℃ t(min) 2.55 7.50 15 12 13 14 18..40 14.50 12 16 17 0.80 18 9.60 7.40 5.80 19 20 21 ??(℃) 4.50 3.70 3.00 2.30 1.70 1.20

0.50 0.40 0.20 0.10 (1) 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型;

(2) 根据辨识结果设计符合要求的控制系统(给出带控制点的控制流程图,控制系

统原理图等,选择控制规律);

(3) 根据设计方案选择相应的控制仪表(DDZ-Ⅲ),绘制原理接线图;

(4) 对设计系统进行仿真设计,首先按对象特性法求出整定参数,然后按4:1衰减曲

线法整定运行参数。

二十八(可2人选此题)

1. 对一个燃油加热炉做如下实验,在温度控制稳定时,开环状态下将执行器的输入信号增加?Ir?3.2mA,持续?t?2min后结束,若炉温度控制系统的正常工作点为200℃,记录炉内温度变化数据如下表,试根据实验数据设计一个超调量?p?25%的无差温度控制系统。 t(min) 0 2 0 24 4 6 8 10 12 14 16 18 20 ??℃ 0 t(min) 22 1.25 3.75 7.50 10.50 9.20 7.25 6.00 4.80 3.70 16 28 30 32 34 36 38 40 42 ??℃ 2.90 2.25 1.85 1.50 1.15 0.85 0.60 0.40 0.30 0.20 0.10 具体设计要求如下:

(1) 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型;

(2) 根据辨识结果设计符合要求的控制系统(给出带控制点的控制流程

图,控制系统原理图等,选择控制规律);

(3) 根据设计方案选择相应的控制仪表(DDZ-Ⅲ),绘制原理接线图; 对设计系统进行仿真设计,首先按对象特性法求出整定参数,然后按4:1衰减曲线法整定运行参数。

二十九(可2人选此题)

在加热炉控制系统中,在被加热介质温度控制稳定到180℃时,在开环状态下将执行器的输入燃料流量增加大约20%,即燃料流量增加?Q?2T/h,持续

?t?5min后结束,记录出口介质温度变化数据如下表,试根据实验数据设计

一个超调量?p?25%的无差温度控制系统。

t(min) ??℃ 0 1 3 3.7 40 4 9.0 50 5 8 10 19.0 60 2.8 15 16.5 0 0.46 1.7 20 25 30 26.4 36.0 37.5 70 1.1 80 0.5 90 0.2 t(min) ??(℃) 33.5 27.2 21.0 10.4 5.1 具体设计要求如下:

(1) 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型;

(2) 根据辨识结果设计符合要求的控制系统(给出带控制点的控制流程

图、控制系统原理图等,选择控制规律);

(3) 根据设计方案选择相应的控制仪表(DDZ-Ⅲ),绘制原理接线图; (4) 对设计系统进行仿真设计,首先按对象特性法求出整定参数,然后按

4:1衰减曲线法整定运行参数。

三十(可2人选此题)

在加热炉控制系统中,在被加热介质温度控制稳定到240℃时,在开环状态下将执行器的输入燃料流量增加大约30%,即燃料流量增加?Q?3T/h,持续

?t?5min后结束,记录出口介质温度变化数据如下表,试根据实验数据设计

一个超调量?p?25%的无差温度控制系统。

t(min) ??℃ 0 1 3 3.7 40 4 9.0 50 5 8 10 19.0 60 2.8 15 16.5 0 0.46 1.7 20 25 30 26.4 36.0 37.5 70 1.1 80 0.5 90 0.2 t(min) ??(℃) 33.5 27.2 21.0 10.4 5.1 具体设计要求如下:

(1) 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型;

(2) 根据辨识结果设计符合要求的控制系统(给出带控制点的控制流程

图,控制系统原理图等,选择控制规律);

(3) 根据设计方案选择相应的控制仪表(DDZ-Ⅲ),绘制原理接线图; (4) 对设计系统进行仿真设计,首先按对象特性法求出整定参数,然后按

4:1衰减曲线法整定运行参数。

注释:1、对于二班人少,只能一人一题目

2、自动化卓工班有四十人,因此,最后五个题目必须有俩人题目相同

3、所有人均要独立完成matlab仿真,以及设计报告及其答辩,答辩时自己可以用电子文档来进行讲解

4、如果不能按时完成,实验课成绩的50%是零,则综合成绩不及格

5、另外,该成绩会占理论课总评成绩,请各位同学引起重视

6、至于,如何分配题目,请听从各班分配题目的同学指挥,分配好后请将分配情况作成表格发给我。

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/2o4w.html

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