過程控制教學(xué)大綱

課程編號：09171300

課程名稱：過程控制工程(ProcessControlSystems)

學(xué)時：32學(xué)時學(xué)分：2.5學(xué)分

適用專業(yè)：自動化本科開課學(xué)期：第六鵲起

開課部門：物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院

先修課程：自動控制原理，現(xiàn)代控制理論，模擬與數(shù)字電路，檢測與傳感器技術(shù)。

考核要求：限選

使用教材及主要參考書：

邵裕森主編，《過程控制工程》機械工業(yè)出版社，2010

林德杰主編，《過程控制儀表及控制系統(tǒng)》機械工業(yè)出版社，2008

于慶廣主編，《高等過程控制》北京大學(xué)出版社，2006

金以慧主編，《過程控制》清華大學(xué)出版社，1999年

一、課程性質(zhì)與任務(wù)：

《過程控制系統(tǒng)》的授課對象為自動化專業(yè)的高年級學(xué)生，它是自動控制專業(yè)的一

門專業(yè)技術(shù)課程。本課程可以雙語教學(xué)。

通過本課程的學(xué)習(xí)，將為學(xué)生從事生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)分析和綜合提供必要的基本

知識，培養(yǎng)學(xué)生對生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)進行設(shè)計、調(diào)試、整定、操作和維護工作所必須具

備的基木理論和基本技能，為學(xué)生以后從事工業(yè)生產(chǎn)過程自動化工作，打下一定的專業(yè)

基礎(chǔ)。

二、教學(xué)目的與要求：

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握自動化牛.產(chǎn)過程控制的基本概念、體系、結(jié)構(gòu)，掌

握自動化生產(chǎn)過程控制中的基本設(shè)備部件的原理、參數(shù)、使用，掌握基本控制方案的設(shè)

計及參數(shù)整定和系統(tǒng)調(diào)試技能，加深對過程控制的理解，加深對自動控制原理、現(xiàn)代控

制理論的理解和應(yīng)用，了解過程控制的現(xiàn)狀及先進技術(shù)，為學(xué)生以后從事工業(yè)牛.產(chǎn)過程

自動化工作，打下一定的專業(yè)基礎(chǔ)。

三、學(xué)時分配

章節(jié)課程內(nèi)容學(xué)時

1緒論2

2過程控制對象的動態(tài)特性8

3單回路控制系統(tǒng)6

4串級控制系統(tǒng)10

5其它控制系統(tǒng)6

6過程計算機控制系統(tǒng)6

7過程控制系統(tǒng)應(yīng)用與實踐12

8討論4

四、教學(xué)中應(yīng)注意的問題

本課程具有理論性和實氐性都很強的特點。考慮到工科學(xué)生教學(xué)特點和數(shù)學(xué)基礎(chǔ),

也考慮到學(xué)生的不同興趣和方向，講授時不過分拘泥于繁瑣的理論上的證明和嚴(yán)格的數(shù)

學(xué)推導(dǎo)；通過介紹典型的應(yīng)用實例和有關(guān)簡單過程控制系統(tǒng)中的技術(shù)性問題，突出課程

的實用性；講授內(nèi)容中包含國內(nèi)外新的工業(yè)過程控制軟、硬件成果和新型雙水槽液位控

制實驗系統(tǒng)，上位監(jiān)控系統(tǒng)等內(nèi)容，使得課程內(nèi)容有明顯特色。

（1）要求學(xué)生學(xué)習(xí)生產(chǎn)過程的基本特性及其描述，掌握生產(chǎn)過程變量檢測與控制

的基本原理和方法、學(xué)習(xí)過程控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和性能，熟悉過程控制的工程特點和應(yīng)

用范圍，了解該學(xué)科的前沿和發(fā)展新動向。

（2）掌握簡單回路控制和串級控制的基本原理和方法，具備對這兩種系統(tǒng)的分析

和綜合、整定和調(diào)試的的基本知識和基本技能。

（3）學(xué)習(xí)典型復(fù)雜過程控制系統(tǒng)理論和方法，初步具備制定復(fù)雜過程控制方案的

能力。

（4）本課程必須與實驗緊密結(jié)合，通過實驗加深對過程控制的方案、理論的理解，

并適當(dāng)與自動控制原理某些章節(jié)同步講解。這是學(xué)好本門課程的關(guān)鍵所在。

（5）本課程具有很強的實踐性，用新型雙水槽過程控制實驗系統(tǒng)提供實驗演示和

動手實驗，包括經(jīng)典過程控制實驗和先進過程控制實驗。

木門課程開設(shè)有如下實驗。（實驗18學(xué)時）

1）系統(tǒng)介紹、對象測試；

2）簡單系統(tǒng)實驗I（單水槽單回路）；

3）簡單系統(tǒng)實驗II（雙水槽單回路）；

4）串級系統(tǒng)實驗II（雙水槽液位-流量串級圖形監(jiān)控、串級參數(shù)整定）；

5）克服擾動和前饋控制實驗1（單水槽單回路）;

6）雙輸入/雙輸出系統(tǒng)實驗1（雙水槽液位與雙調(diào)節(jié)閥）；

7）解偶控制（雙水槽液位與雙調(diào)節(jié)閥）；

五、教學(xué)內(nèi)容

第一章緒論

（1）教學(xué)基本內(nèi)容：

1、過程控制的特點

2、過程控制系統(tǒng)的發(fā)展概況

3、過程控制系統(tǒng)的組成，過程控制系統(tǒng)的類別，過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。

（2）教學(xué)基本要求：

掌握過程控制的概念，基本控制原理、特點和基本組成，掌握與其他如運動控制的

區(qū)別，明白木課程的任務(wù)。

（3）教學(xué)重點難點：

過程控制的特點及與其他控制的區(qū)別。

（4）教學(xué)建議：

學(xué)習(xí)本課程時，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了一些具體的控制系統(tǒng)（如運動控制等），理解過程控

制的特點及與其他控制系統(tǒng)的異同點，對本課程的學(xué)習(xí)非常重要，故列舉過程控制系統(tǒng)

的相關(guān)事例對學(xué)生很有幫助。

第二章過程控制對象的動態(tài)特性

（1）教學(xué)基本內(nèi)容：

1.概述

2.自平衡能力對象的動態(tài)特性

3.無自平衡能力對象的動態(tài)特性

4.時域法辨識對象的動態(tài)特性

5.頻域法辨識對象的動態(tài)特性

6.統(tǒng)計相關(guān)法辨識對象的動態(tài)特性

3.串級系統(tǒng)的工作過程

4.串級系統(tǒng)的設(shè)計過程

5.主、副回路的的參數(shù)整定

（2）教學(xué)基本要求：

串級控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、特點，與單回路的異同點，掌握串級控制系統(tǒng)分析和設(shè)

計、參數(shù)整定。

（3）教學(xué)重點難點：

串級系統(tǒng)主副回路的關(guān)系、工作過程，主副回路的參數(shù)選擇及參數(shù)整定。難點是串

級控制系統(tǒng)設(shè)計中主、副回路參數(shù)選擇及系統(tǒng)動態(tài)特性及穩(wěn)定性的理論分析。

（4）教學(xué)建議：

加強實驗，從實驗中體會相關(guān)內(nèi)容。

第五章其它控制系統(tǒng)

（1）教學(xué)基本內(nèi)容：

1.均勻控制系統(tǒng)

2.比值控制系統(tǒng)

3.前饋控制系統(tǒng)

4.選擇性控制系統(tǒng)

5.分程控制系統(tǒng)

6.純滯后系統(tǒng)的控制

7.解偶控制

（2）教學(xué)基本要求：

控制、比值控制系統(tǒng)、補償控制、前饋控制與大延時控制、解耦控制系統(tǒng)的基本

特點、異同點。

（3）教學(xué)重點難點:

解耦控制的概念、要素，大延時控制。

（4）教學(xué)建議：

重點理解純滯后系統(tǒng)的控制，從實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上理解個控制方式。

第六章過程計算機控制系統(tǒng)

（1）教學(xué)基本內(nèi)容：

1.直接數(shù)字控制

2.分布式/集散控制系統(tǒng)

3.可編程控制

4.通用上位監(jiān)控系統(tǒng)

（2）教學(xué)基本要求：

掌握計算機控制系統(tǒng)、方法及設(shè)計要點，掌握計算機控制與過程控制的銜接。

（3）教學(xué)重點難點：

過程控制的數(shù)字化算法及計算機軟件實現(xiàn)。

（4）教學(xué)建議：

此部分作為先進控制方法的簡單介紹,詳細(xì)講解在后續(xù)課程《計算機控制系統(tǒng)》。

第七章過程控制系統(tǒng)應(yīng)用與實踐

（1）教學(xué)基本內(nèi)容：

1.鍋爐控制系統(tǒng)

2.雙水槽過程控制系統(tǒng)

（2）教學(xué)基本要求：

掌握過程控制系統(tǒng)的設(shè)計方法、參數(shù)整定及系統(tǒng)調(diào)試方法。通過本節(jié)課程的講解和

訓(xùn)練，掌握具體過程控制的一般技巧。

（3）教學(xué)重點難點：

對象