软件设计详细题目.docx
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软件设计详细题目
软件设计题目汇总
题目1
某冶金工业过程焙烧炉的数学模型为：
比例系数Kp＝126—160，惯性时间常数Tp＝250－320s，炉口温度变化的时滞时间为
，输出炉口温度要求尽可能稳定在855°C。
数字仿真时取采样周期Ts＝10s，Kp＝148，Tp＝286，
，即仿真模型为：
控制要求：
1.采用位置式PID实现炉温控制
2.采用继电法整定PID参数
3.整定效果验证：
当被控过程参数时变时，如工作时间为100s时，过程参数Kp由148→160，Tp由286→320；工作时间为200s时，过程参数Kp由148→130，Tp由286→250时，考察当系统参数发生改变时，PID参数是否选取合适，讨论PID其响应速度及鲁棒性问题。
题目2
以中等纯度的精馏塔为研究对象，考虑到不等分子溢流的影响和非理想的汽液平衡，可以得到塔顶产品轻组分含量Y及回流量L之间的传递函数为：
将此系统在计算机上仿真，输入信号u（k）是幅值为1的PRBS信号，输出测量噪声e（k）是（0，1）的正态分布序列，它的方差是可以调整的。
这个系统的输出釆样值y（k）及u（k）作为已知数据，采用最小二乘法估计这个系统的参数。
完成内容：
1.采样周期T＝1，编程产生输入信号，送入系统，获得相应的输出数据，保存在.txt文件中
2.数据长度取200，在不同的噪声水平下（噪声方差＝0.0,0.5,1.0）,采用递推最小二乘方法完成对上述系统的参数估计，并及真实值比较。
3.画出实际系统和辨识系统在相同输入（如单位阶跃）作用下的输出曲线、输出误差曲线。
题目3
某冶金工业过程焙烧炉的数学模型为：
比例系数Kp＝126—160，惯性时间常数Tp＝250－320s，炉口温度变化的时滞时间为
，输出炉口温度要求尽可能稳定在855°C。
数字仿真时取采样周期Ts＝5s，Kp＝169，Tp＝290，
，即仿真模型为：
控制要求：
1.采用抗积分饱和PID控制算法实现炉温控制
2.采用ISTE法整定PID参数
3.整定效果验证：
当被控过程参数时变时，如时滞时间由10→30时，讨论PID控制的响应速度及鲁棒性问题，考察当系统参数发生改变时，上述PID参数是否选取合适。
题目4
以中等纯度的精馏塔为研究对象，考虑到不等分子溢流的影响和非理想的汽液平衡，可以得到塔顶产品轻组分含量Y及回流量L之间的传递函数为：
控制要求：
1.采样周期取为1s，利用不完全微分PID控制算法将塔顶轻组分含量控制在0.98
2.采用继电法整定PID参数
3.整定效果验证：
当被控过程参数时变时，如两时间常数分别由30.3→45和7.5→20时，讨论PID控制的响应速度及鲁棒性问题，考察当系统参数发生改变时，上述PID参数是否选取合适。
题目5
以中等纯度的精馏塔为研究对象，考虑到不等分子溢流的影响和非理想的汽液平衡，可以得到塔顶产品轻组分含量Y及回流量L之间的传递函数为：
控制要求：
1.采用Smith纯滞后补偿PID控制算法将塔顶轻组分含量控制在0.99
2.采用继电法整定PID参数
3.整定效果验证：
当被控过程参数时变时，如滞后时间由12→24，开环增益由3.4→6时,讨论PID控制的响应速度及鲁棒性问题，考察当系统参数发生改变时，上述PID参数是否选取合适。
题目6
以中等纯度的精馏塔为研究对象，考虑到不等分子溢流的影响和非理想的汽液平衡，可以得到塔顶产品轻组分含量Y及回流量L之间的传递函数为：
控制要求：
1.采样周期为1s，利用微分先行PID控制算法将塔顶轻组分含量控制在0.98
2.采用Z_N法整定PID参数
3.整定效果验证：
当被控过程参数时变时，如滞后时间由2→5时，讨论PID控制的响应速度及鲁棒性问题，考察当系统参数发生改变时，上述PID参数是否选取合适。
题目7
连铸机拉矫辊的液压压下装置是一个电液伺服系统，是实现复杂自动控制动作的关键，在冶金行业中有着广泛的应用。
通过机理分析可知，该电液伺服控制系统实际是一个非线性控制系统，经过线性化处理后，其传递函数形式为：
该液压压下控制系统真实参数为：
增益K＝11，阻尼比＝0.3，固有频率＝200rad/s。
将此系统在计算机上仿真，输入信号u（k）是幅值为1的PRBS信号，输出测量噪声e（k）是（0，1）的正态分布序列，它的方差是可以调整的。
这个系统的输出釆样值y（k）及u（k）作为已知数据，采用最小二乘法估计这个系统的参数。
完成内容：
1.采样周期T＝1，编程产生输入信号，送入系统，获得相应的输出数据，并保存
2.数据长度取300，在不同的噪声水平下（噪声方差＝0.0,0.5,1.0,5.0）,采用基本最小二乘方法完成对上述系统的参数估计，并及真实值比较。
3.画出实际系统和辨识系统在相同输入（如单位阶跃）作用下的输出曲线、输出误差曲线。
题目8
以中等纯度的精馏塔为研究对象，考虑到不等分子溢流的影响和非理想的汽液平衡，可以得到塔顶产品轻组分含量Y及回流量L之间的传递函数为：
将此系统在计算机上仿真，输入信号u（k）是幅值为1的PRBS信号，噪声e（k）是（0，1）的正态分布序列，它的方差是可以调整的。
这个系统的输出釆样值y（k）及u（k）作为已知数据，采用最小二乘法估计这个系统的参数。
完成内容：
1.采样周期T＝4，编程产生PRBS输入信号，送入系统，获得相应的输出数据，并保存
2.数据长度取200，在不同的噪声水平下（噪声方差＝0.0,0.5,1.0,5.0）,采用基本最小二乘方法完成对上述系统的参数估计，并及真实值比较。
3.画出实际系统和辨识系统在相同输入（如单位阶跃）作用下的输出曲线、输出误差曲线。
题目9
连铸机拉矫辊的液压压下装置是一个电液伺服系统，是实现复杂自动控制动作的关键，在冶金行业中有着广泛的应用。
通过机理分析可知，该电液伺服控制系统实际是一个非线性控制系统，经过线性化处理后，其传递函数形式为：
根据现场实测数据可知，该液压压下控制系统中增益K＝11，阻尼比＝0.2，固有频率＝350rad/s。
该系统常采用PID控制，其中PID参数的选取对控制效果的影响至关重要。
控制目标是实现对压力的连续可调，超调小，并保证无静态误差。
控制要求：
1.采用带死区的PID控制算法实现炉温控制
2.采用继电法整定PID参数
3.整定效果验证：
当工作时间到达200s时，输出端出现宽度为50s，幅值为0.4的干扰时，讨论PID控制的抗扰动性，说明上述PID参数是否选取合适。
题目10
连铸机拉矫辊的液压压下装置是一个电液伺服系统，是实现复杂自动控制动作的关键，在冶金行业中有着广泛的应用。
通过机理分析可知，该电液伺服控制系统实际是一个非线性控制系统，经过线性化处理后，其传递函数形式为：
根据现场实测数据可知，该液压压下控制系统中增益K＝8，阻尼比＝0.3，固有频率＝200rad/s。
该系统常采用PID控制，其中PID参数的选取对控制效果的影响至关重要。
控制目标是实现对压力的连续可调，超调小，并保证无静态误差。
控制要求：
1.采用增量式PID控制算法实现炉温控制
2.采用继电法整定PID参数
3.整定效果验证：
当工作时间到达200s时，输出端出现宽度为50s，幅值为0.4的干扰时，讨论PID控制的抗扰动性，说明上述PID参数是否选取合适。
题目11
某冶金工业过程焙烧炉的数学模型为：
比例系数Kp＝126—160，惯性时间常数Tp＝250－320s，炉口温度变化的时滞时间为
，输出炉口温度要求尽可能稳定在855°C。
数字仿真时取采样周期Ts＝10s，Kp＝130，Tp＝266，
，即仿真模型为：
控制要求：
1.采用梯形积分PID实现炉温控制
2.采用Z－N法整定PID参数
3.整定效果验证：
当被控过程参数时变时，如工作时间为150s时，过程参数Kp由130→156，Tp由266→280，考察当系统参数发生改变时，PID参数是否选取合适，讨论PID其响应速度及鲁棒性问题。
题目12
某冶金工业过程焙烧炉的数学模型为：
将此系统在计算机上仿真，输入信号u（k）是幅值为0.5的PRBS信号，噪声e（k）是（0，1）的正态分布序列，它的方差是可以调整的。
这个系统的输出釆样值y（k）及u（k）作为已知数据，采用最小二乘法估计这个系统的参数。
完成内容：
1.采样周期T＝10，编程产生PRBS输入信号，送入系统，获得相应的输出数据，并保存
2.数据长度取200，在不同的噪声水平下（噪声方差＝0.0,0.5,1.0,5.0）,采用基本最小二乘方法完成对上述系统的参数估计，并及真实值比较。
3.画出实际系统和辨识系统在相同输入（如单位阶跃）作用下的输出曲线、输出误差曲线。
题目13
釆用一个二阶系统的模型代替真实系统，其差分方程表达式为：
将此系统在计算机上仿真，输入信号u（k）是幅值为1的PRBS信号，噪声e（k）是（0，1）的正态分布序列，它的方差是可以调整的。
这个系统的输出釆样值z（k）及u（k）作为已知数据，采用最小二乘法估计这个系统的参数。
完成内容：
1.编程产生PRBS输入信号，送入系统，获得相应的输出数据，并保存
2.数据长度取100，在不同的噪声水平下（噪声方差＝0.0,0.5,1.0,5.0）,采用基本最小二乘方法完成对上述系统的参数估计，并及真实值比较。
3.画出实际系统和辨识系统在相同输入（如单位阶跃）作用下的输出曲线、输出误差曲线。
题目14
釆用一个二阶系统的模型代替真实系统，其差分方程表达式为：
将此系统在计算机上仿真，输入信号u（k）是幅值为1的PRBS信号，噪声e（k）是（0，1）的正态分布序列，它的方差是可以调整的。
这个系统的输出釆样值z（k）及u（k）作为已知数据，采用最小二乘法估计这个系统的参数。
完成内容：
1.编程产生PRBS输入信号，送入系统，获得相应的输出数据，并保存
2.数据长度取200，在不同的噪声水平下（噪声方差＝0.0,0.5,1.0）,采用递推最小二乘方法完成对上述系统的参数估计，并及真实值比较。
3.画出实际系统和辨识系统在相同输入（如单位阶跃）作用下的输出曲线、输出误差曲线。
题目15
以中等纯度的精馏塔为研究对象，考虑到不等分子溢流的影响和非理想的汽液平衡，可以得到塔顶产品轻组分含量Y及回流量L之间的传递函数为：
控制要求：
1.采用积分分离PID控制算法将塔顶轻组分含量控制在0.99
2.采用继电法整定PID参数
3.整定效果验证：
当被控过程参数时变时，如滞后时间由4→8，开环增益由3.4→6时,讨论PID控制的响应速度及鲁棒性问题，考察当系统参数发生改变时，上述PID参数是否选取合适。
题目16
采用二阶带滞后的系统模型如下：
其中干扰信号e（k）是（0，1）的正态分布序列，它的方差为＝0.3，0.6；d＝2为滞后步长。
在控制过程中，开始加入幅度为1的单位阶跃信号，到第150周期加入幅度为－20％的阶跃干扰，在第300周期干扰消失。
由于输出中带有很大的噪音信号，故将数字滤波技术中常见的低通滤波器用于偏差控制，滤掉其中的噪音信号，然后在对其进行PID计算，得到实际的控制量。
该方法在噪声较强的环境下，可以得到较好的控制效果。
控制要求：
1．采用带低通滤波器的增量式PID控制实现上述过程的稳定控制。
2．用继电法整定PID参数
3．分析不同滤波器参数对PID控制的影响。
题目17
以中等纯度的精馏塔为研究对象，考虑到不等分子溢流的影响和非理想的汽液平衡，可以得到塔顶产品轻组分含量Y及回流量L之间的传递函数为：
蒸汽量V看作是扰动变量，其均值为1，及输出之间的传递函数为：
控制要求：
1.采用前馈＋反馈PID控制算法将塔顶轻组分含量控制在0.99（说明，此例中前馈控制器的传函是不可实现的，即分子阶次高于分母阶次，需要在分母中补充两个实际微分环节，此时干扰不可能完全抵消）。
2.采用Z－N法整定PID参数
3.整定效果验证：
当被控过程参数时变时，如滞后时间由8→12，开环增益由3.4→6时,讨论PID控制的响应速度及鲁棒性问题，考察当系统参数发生改变时，上述PID参数是否选取合适。
题目18
陶瓷扫成炉的气氛控制系统，通过实测，可知系统传递函数为：
测量输出带有零均值，方差为0.1的高斯白噪声。
在控制过程中，开始加入幅度为1的单位阶跃信号，到第100周期负载出现为30％和50％干扰。
控制要求：
1．采用单神经元自适应PID控制实现上述过程的稳定控制。
2．分析单神经元自适应PID控制的快速性及抗干扰能力。
3．分析不同学习速率对系统控制的影响。
题目19
连铸机拉矫辊的液压压下装置是一个电液伺服系统，是实现复杂自动控制动作的关键，在冶金行业中有着广泛的应用。
通过机理分析可知，该电液伺服控制系统实际是一个非线性控制系统，经过线性化处理后，其传递函数形式为：
根据现场实测数据可知，该液压压下控制系统中增益K＝9，阻尼比＝0.2，固有频率＝300rad/s。
该系统常采用PID控制，其中PID参数的选取对控制效果的影响至关重要。
控制目标是实现对压力的连续可调，超调小，并保证无静态误差。
控制要求：
1.采用变速积分PID控制算法实现单位阶跃响应控制
2.采用ISTE法整定PID参数
3.整定效果验证：
当工作时间到达150s时，输出端出现宽度为30s，幅值为0.5的干扰时，讨论PID控制的抗扰动性，说明上述PID参数是否选取合适。
题目20
以中等纯度的精馏塔为研究对象，考虑到不等分子溢流的影响和非理想的汽液平衡，可以得到塔顶产品轻组分含量Y及回流量L之间的传递函数为：
其中由于现场环境干扰，输出带有测量噪声是（0，1）的正态分布序列，它的方差为＝0.5。
由于输出中带有很大的噪音信号，故将数字滤波技术中常见的低通滤波器用于偏差控制，滤掉其中的噪音信号，然后在对其进行PID计算，得到实际的控制量。
该方法在噪声较强的环境下，可以得到较好的控制效果。
控制要求：
1．采用带低通滤波器的增量式PID将塔顶轻组分含量控制在0.99。
2．用ISTE法整定PID参数
3．在控制过程中，到第150周期加入幅度为－20％的阶跃干扰，在第300周期干扰消失。
分析PID参数的抗干扰性。
题目21
采用带时滞环节的高阶系统作仿真对象，其传递函数为
输入为单位阶跃信号，采样周期为0.05s，该系统是个不稳定系统。
控制要求：
1.采用增量式PID控制算法实现该系统的稳定控制
2.采用Z—N整定PID参数
3.整定效果验证：
当被控过程参数时变时，如滞后时间由0.2→0.4,讨论PID控制的响应速度及鲁棒性问题，考察当系统参数发生改变时，上述PID参数是否选取合适。
题目22
连铸机拉矫辊的液压压下装置是一个电液伺服系统，是实现复杂自动控制动作的关键，在冶金行业中有着广泛的应用。
通过机理分析可知，该电液伺服控制系统实际是一个非线性控制系统，经过线性化处理后，其传递函数形式为：
该液压压下控制系统真实参数为：
增益K＝2，阻尼比＝0.2，固有频率＝150rad/s。
将此系统在计算机上仿真，输入信号u（k）是幅值为1的PRBS信号，输出测量噪声e（k）是（0，1）的正态分布序列，它的方差是可以调整的。
这个系统的输出釆样值y（k）及u（k）作为已知数据，采用最小二乘法估计这个系统的参数。
完成内容：
1.采样周期T＝2，编程产生输入信号，送入系统，获得相应的输出数据，并保存
2.数据长度取300，在不同的噪声水平下（噪声方差＝0.0,0.5,1.0,5.0）,采用递推最小二乘方法完成对上述系统的参数估计，并及真实值比较。
3.画出实际系统和辨识系统在相同输入（如单位阶跃）作用下的输出曲线、输出误差曲线。
题目23
在连续生产中，前一设备的出料往往是下一设备的进料，为保证生产设备的稳定运行，自动控制系统设计应该从全局来考虑。
如乙烯生产装置中，前后串联了8个塔进行连续生产，选取其中两个，如图所示。
该系统为均匀控制，即允许甲塔液位在一定限度内波动，及此同时让流量作平稳缓慢变化。
设主回路传递函数为，副回路传递函数为。
流量和液位的测量都带有带有零均值，方差为0.05的高斯白噪声。
要求液位基本控制50％左右，可波动范围为75％－30％，流量基本控制在0.5，上下波动不超过2％，以确保乙塔进料稳定。
控制要求：
1.采用微分先行PID控制实现对液位的控制。
2.采用增量式PI控制实现流量的快速跟踪，且波动范围较小。
3.采用经验方法分别对上述两个PID控制器参数进行整定。
题目24
某冶金工业过程焙烧炉的数学模型为：
比例系数Kp＝126—160，惯性时间常数Tp＝250－320s，炉口温度变化的时滞时间为
，输出炉口温度要求尽可能稳定在855°C。
数字仿真时取采样周期Ts＝2s，Kp＝169，Tp＝290，
，即仿真模型为：
控制要求：
1.采用Smith纯滞后补偿PID控制算法实现炉温控制
2.采用ISTE法整定PID参数
3.整定效果验证：
当被控过程参数时变时，如时滞时间由40→60时，讨论PID控制的响应速度及鲁棒性问题，考察当系统参数发生改变时，上述PID参数是否选取合适。
题目25
采用二阶带滞后的系统模型如下：
其中e（k）是均值为零的高斯白噪声信号，滞后步长d＝3。
将此系统在计算机上仿真，输入信号u（k）是幅值为1的M序列信号。
这个系统的输出釆样值z（k）及u（k）作为已知数据，采用NLJ法估计这个系统的参数。
完成内容：
1．编程产生M序列输入信号，送入系统，获得相应的输出数据，并保存
2．数据长度取100，在不同的噪声水平下（噪声方差＝0.1,0.5,1.5）,采用NLJ方法完成对上述系统的参数估计，并及真实值比较。
3．画出实际系统和辨识系统在相同输入（如单位阶跃）作用下的输出曲线、输出误差曲线。
题目26
陶瓷扫成炉的气氛控制系统，通过实测，可知系统传递函数为：
测量输出带有零均值，方差为0.1的高斯白噪声。
在控制过程中，开始加入幅度为1的单位阶跃信号，到第100周期负载出现为30％和50％干扰。
控制要求：
1．采用增量式PID控制实现上述过程的稳定控制。
2．采用NLJ方法完成对PID参数的整定。
3．分析系统的响应快速性和抗干扰性能。
题目27
一串级控制系统如图所示，其中主控制器为温度控制器，副控制器为流量控制器。
主回路传递函数为，副回路传递函数为。
控制要求：
1.采用增量式PID控制实现温度恒定控制。
2.采用增量式PI控制实现流量的快速跟踪。
3.采用Z－N方法分别对上述两个PID控制器参数进行整定。
题目28
一个以状态方程表示的线性系统，其仿真模型如下：
式中，状态初值为：
x0＝[0.18830.25070.0467]T，参数a的真值为a＝[17.57351.2]。
上述模型的仿真输出作为观测值。
完成内容：
1．编程完成仿真数据的获取。
2．选择初始参数值a=[50100100]，用NLJ方法估计系统参数a。
3．画出实际系统和辨识系统在相同初始条件作用下的状态曲线及误差曲线。
题目29
柴油机内部的状态变量不止一个，但在实际设计中采用高阶模型较为困难。
实践表明，将其降阶为一阶近似模型，不仅可以简化设计工作，而且能够达到满意的效果。
将柴油机模型近似为一阶惯性纯滞后环节：
惯性时间常数Tp是表征柴油机动力装置的一个主要参数，对动态过程影响极大。
一般Tp＝2－4s，动态过程基本良好，对6缸柴油发动机，其值为3s。
比例系数Kp＝200，时滞时间为
。
控制要求：
1.采样周期T＝0.001s,采用Smith纯滞后补偿PID法实现对上述系统的快速稳定控制。
2.采用ISTE方法完成对PID参数的整定。
3.当系统参数发生缓慢变化时，如在第300采样时刻，时间常数Tp由3变为4s，比例系数Kp由200变为260，分析控制器参数的鲁棒性。
题目30
柴油机内部的状态变量不止一个，但在实际设计中采用高阶模型较为困难。
实践表明，将其降阶为一阶近似模型，不仅可以简化设计工作，而且能够达到满意的效果。
将柴油机模型近似为一阶惯性纯滞后环节：
惯性时间常数Tp是表征柴油机动力装置的一个主要参数，对动态过程影响极大。
一般Tp＝2－4s，动态过程基本良好，对6缸柴油发动机，其值为3s。
比例系数Kp＝200，时滞时间为
。
在控制过程中，开始加入幅度为1的单位阶跃信号，到第200周期后负载出现为±30％方波干扰。
控制要求：
1．对滞后项采用一阶pada近似处理，完成系统模型的转化。
2．采用增量式PID控制实现上述过程的稳定控制。
3．采用ISTE方法完成对PID参数的整定。
题目31
采用二阶带滞后的系统模型如下：
其中e（k）是均值为零，方差为0.2的高斯白噪声信号，d＝2为滞后步长。
在控制过程中，开始加入幅度为1的单位阶跃信号，到第150周期加入幅度为－20％的阶跃干扰，在第300周期干扰消失。
控制要求：
1．采用单神经元自适应PID控制实现上述过程的稳定控制。
2．分析单神经元自适应PID控制中不同学习速率对系统控制的影响。
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