检测技术与过程控制课程设计

题目1：某温度控制系统的MATLAB 仿真

一、系统概况：

设某温度控制系统方块图如图：

图中G c (s)、G v (s)、G o (s)、G m (s)、分别为调节器、执行器、过程对象及温度变送器的传递函数；电动温度变送器测量范围（量程）为50～100℃，调节器输出信号为4～20mA 。G f (s)为干扰通道的传递函数。

二、系统参数

三、要求：

1、验证性仿真

（1）分别建立仿真结构图，进行以下仿真，并求出主要性能指标：

①控制器为比例控制，其比例度分别为δ＝10％、20％、50％、100％、200时，系统广义对象输出z(t)的过渡过程；

②控制器为比例积分控制，其比例度δ＝20％，积分时间分别为T I ＝1min 、3min 、5min 、10min 时，z(t)的过渡过程；

③控制器为比例积分微分控制，其比例度δ＝10％，积分时间T I ＝5min ，微分时间T D = 0.2min 时，z(t)的过渡过程。

（2）对以上仿真结果进行分析比对，得出结论。

2、调节器参数整定

分别针对PI 、PID 控制规律，采用稳定边界法，基于MATLAB 仿真整定调节器参数。

3、撰写设计报告。

0m v o 0f o o =5min =2.5min =1.5(kg/min)/mA =5.4C/(kg/min) =0.8 C C T T K K K x(t)=80f(t)=10；；；；；给定值；阶跃扰动

题目2：溶液混合过程液位控制系统方案设计

一、工艺过程描述

某溶液混合工艺过程如图所示。要求使水箱2中的液位H2保持恒定，工艺条件决定只能通过控制溶液A的流量q1来实现，且水箱1中溶液A的流入不能中断。

设影响被控参数的因素有：溶液B流量q2的波动；水箱2输出流量q3的变化；溶液A管道压力P0波动（导致溶液A流量波动）。

二、设计任务及要求

分别设计过程控制系统，要求尽可能快速有效的抑制以下主要扰动：

①主要扰动为q3

②主要扰动为P0

③主要扰动为q3和q2

④主要扰动为q3和P0

⑤主要扰动为q2、q3和P0

要求：

（1）画出各系统的控制工艺流程图和对应的原理方框图；

（2）阐明设计思想，分析系统的工作过程；

（3）对各系统抑制干扰的能力及其他性能方面做出评价；

（4）确定主通道中调节器的作用方式；

（5）对本设计中适用的仪表结构、特点进行说明。

题目3：温度采集通道的设计

一、设计内容及要求

设计工艺要求：温度测量范围0～200℃（以热电偶或金属热电阻为主线）或-50～100℃（以集成温度传感器为主线）；检测通道为一路；温度采集通道输出为1～5V；温度采集通道的输入输出特性要求为线性的；此温度采集通道的精度为0.5℃。

二、设计任务：查阅有关温度检测文献，确定此温度采集通道的总体设计方案，并分析其可行性。

设计方案要求包含传感器、补偿电路、量程调整电路、调零电路、线性化电路及转化放大电路；另外对于一个完善的温度采集系统还应包含模数转换器及MCU 微处理器实现智能采集。

其次根据确定的设计方案进行各个模块的硬件电路设计，要求传感器以热电偶为主。加上模数转换模块及微处理器（可以是单片机、ARM、DSP、工控PC机）设计及软件设计。

要求：设计方案明确，模块电路绘制，说明推导，结论正确。

二、参数测量通道是微机检测系统中被测参数于计算机的联系通道，由于计算机只能接受数字电信号，因而模拟量只有通过测量通道转换成数字量或转换为模数转换器的输入信号。温度采集通道一般有传感器、信号调理电路、数据采集电路三部分组成。如下图所示

题目4：基于电阻应变片的压力传感器设计

设计内容及要求

初始条件：采用电阻应变片设计测量力、压力、加速度、位移等物理量的传感器，设计时自行确定被测变量及测试范围，并根据测量的需要选择应变片的型号、数量、粘贴方式以及弹性元件的结构形式、相关测试电路等。

要求：

1．正确选取电阻应变片的型号、数量、粘贴方式并连接成交流电桥；

2. 选取适当形式的弹性元件，完成其机械结构设计；

3.完成传感器的外观与装配设计；

4. 完成应变电桥输出信号的后续电路（包括放大电路、相敏检波电路、低通滤波电路）的设计和相关电路参数计算，并绘制传感器电路原理图；

5. 按学校课程设计说明书撰写规范提交一份课程设计说明书