电气工程与自动化工业过程控制教案

攀 枝 花 学 院教 案2008-2009 学年度第一学期课 程 名 称 工业过程控制 学 时(学 分) 48（3） 适 用 班 级 2005 电气工程与自动化 授 课 教 师 周荣富 教 师 职 务 副教授教 学 单 位 电信学院自动化教研室 教 务 处 制教 学 日 历序次 日期 周次 节次 教 学 内 容 摘 要累计学时作业或课后学习安排1 9 月3 号 第一周三 1、2 第一章 绪论 2P15 1-1、1-2，2-12 9 月5 号 第一周五 1、2 第二章内容：过程参数检测， 温度和压力的检测与变送 43 9 月10 号 第二周三 1、2 第二章内容：流量液位成份的 检测与变送 6P70 1-1、1-3，3-14 9 月12 号 第二周五 1、2 第三章内容：过程控制仪表 （DDZIII 型） 85 9 月17 号 第三周三 1、2 第三章内容：执行机构 10P108 1-1，1-9，1-156 9 月19 号 第三周五 1、2 第四章内容：被控过程的数学 模型概念 127 9 月24 号 第四周三 1、2 第四章内容：用辩识法和数学 方法建立数学模型 14P139 1-1、1-4、2-28 9 月26 号 第四周五 1、2 第五章内容：简单控制系统概 述 169 10 月1 号 第五周三 1、2 第五章内容：过程特性和控制 规律的影响 1810 10 月3 号 第五周五 1、2 第五章内容：单回路控制系统 的参数整定 20P173 1-1、1-3、1-1011 10 月8 号 第六周三 1、2 第六章内容：复杂控制系统概 述和串级控制系统的组成2212 10 月10 号第六周五 1、2第六章内容：串级控制系统的工作过程和特点2413 10 月15 号第七周三 1、2第六章内容：串级控制系统的应用范围、设计和整定2614 10 月17 号 第七周五 1、2 第六章内容：前馈控制系统28 P202 1-1、1-10、1-1115 10 月22 号 第八周三 1、2 第七章内容比值控制系统3016 10 月24 号 第八周五 1、2 第七章内容均匀控制系统32 P224 1-1、1-12、3-217 10 月29 号 第九周三 1、2 第七章内容分程控制系统3418 10 月31 号 第九周五 1、2 第七章内容选择性控制系统3619 11 月5 号 第十周三 1、2 第九章内容计算机控制系统概 述3820 11 月7 号 第十周五 1、2第九章内容计算机控制系统的组成、数据处理和 DDC 系统4021 11 月12 号第11周三1、2第九章内容 DCS 控制系统 4222 11 月14 号第11周五1、2第十章内容典型控制过程介绍 4423 11 月19 号第12周三1、2第八章内容复杂控制过程简介 4624 11 月21 号第12周五1、2总复习 48课 程 教 学 实 施 计 划授课教师 周荣富 助课教师）实践教学指导教师 陶文英 实践教学地点 过程控制实验室总 学 时 理论学时 多媒体教学学时 习题课学 时 实践学时 其它学 时 安 排 56 48 8名 称 编（著）者 出 版 社 出版时间 及版次 获奖情况使 用教 材 过程控制与自动化仪表 潘永湘 机械工业 2007 年第 2 版 十五规划教材过程控制与自动化仪表 侯志林 机械工业 2007 年第 2 版 规划教材过程控制系统及工程 翁维勤 化学工业过程控制系统与装置 何离庆 重庆大学 2006 年第 2 板过程控制仪表技术 DJOHNSON 科学出版 2005 年第 2 板 英文版教学参考书目课程性质工业过程控制系统是电气工程与自动化专业的一门专业基础课。本课程是在学生学完电子技术基础、自动控制原理、自动化仪表、检测技术和微型计算机原理等基础课程以后所开设的专业课程。教学目的主要目的是让学生了解和掌握典型的过程检测和控制仪表的工作原理与工作性能，并根据生产过程的特点和控制要求，选用适当的自动化仪表或计算机，组成各种实用型过程控制系统。本课程以典型工业过程控制系统的构成为目标，以应用自动控制理论设计过程控制系统为主线，重点讲述过程建模、系统分析和设计以及参数整定方法。教学要求1、课堂讲授：主要从基本概念入手讲清楚各控制系统的设计思想、构成、特点和工作原理。并强调各章重点。在内容的讲述上，以理论联系实际为原则，特别注重简明扼要、通俗易懂，努力使系统性与典型性相统一，技术先进性与工程实用性相融合；自始至终体现“从生产实际出发，应用各种控制规律实现过程控制，达到解决生产实际问题的目的”的特点。在内容的安排上，不仅考虑与前置课程知识的合理衔接，而且还使各部分的安排次序上顺理成章。2、作业：每一章均有作业思考题，按讲课内容布置作业以巩固所学内容，提高分析问题能力。考核方式 开卷考试 成绩计算方法 百分制第 一 章 教 学 实 施 计 划章节名 第一章绪论： 学时安排 2 学时 授课时间 2 学时教学内容及要求（突出重难点）：了解过程控制系统的发展概况；理解过程控制系统的特点、任务和要求；掌握过程控制系统的分类，重点掌握过程控制系统性能指标的组成和定义。过程控制系统的发展概况，过程控制系统的特点、任务和要求，过程控制系统的分类，过程控制系统性能指标的组成和定义。重点：掌握过程控制系统性能指标的组成和定义；难点：过程控制系统的特点、任务和要求。讨论/思考题、作业：作业 P15 1-1 1-2 2-1本章参考书目（包括参考书、文献资料等）：第 页第 一 章 教 学 总 结写出关于本章授课情况的一些总结（包括学生的出勤情况、学生作业情况、学生掌握知识情况、教学方法的总结等内容）：第 页 课 堂 教 学 实 施 方 案第 1 次课授课时间：2008-09-03教学时间分配：复习旧课 分钟；讲授新课 87 分钟；讨论/答疑/小结 5/5/3 分钟；授课类型（请打）：理论课 讨论课 实验课 习题课 课教学方式（请打）：讲授 讨论 示教 指导 教学手段（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 课 题：chapter one introduction(绪论)What is the P.C.S（Process Control System ）对生产过程实现自动化控制的一系列活动。1-1 Process Control System 的发展概况(三基内容)第一阶段初级阶段。40 年代简单地实现局部自动化。使用比较笨重的基地式仪表。第二阶段仪表化阶段。5060 年代随着仪表工业的飞速发展，实现了气动和电动单元但会仪表及巡回装置。从而实现了集中监控与集中操纵的控制系统。采用的是电动、气动、型仪表。第三阶段综合自动化阶段。70 年代末，随着计算机的飞速发展，计算机为过程控制发展创造了条件，实现了计算机与现场常规仪表组合的集散控制系统。现在大部分工厂企业处于二、三阶段中。第四阶段现代控制理论阶段。随着控制理论的发展，现代控制理论中状态空间的应用推广以及计算机的应用，过程控制得到了很多优秀的发展前景：1、 最优控制：40 年代由 nieaer 提出的概念。目的是使所设计的控制器和控制系统能最大可能地满足各项技术要求。达到最优控制，理论上推广多，现实中实现难，只是相对而言。2、 推论控制：在建立数学模型的基础上，根据对过程输出性能的要求，通过数学推理，导出控制系统所具有的结构形式。3、 预测控制：它是由较易得到的对象脉冲响或阶段响应曲线，把采样值作为描述对象特性的信息构成预测模型。确定一个控制量的时间序列，使未来一段时间内按规律控制。4、 自适应控制：随着参数变化而自动改变控制策略，使系统自动保持最优状态，比较成熟。5、 多变量控制：用计算机对多变量进行的运算控制。6、 智能控制：用人工智能和神经网络理论实现的自动化控制。7、 模糊控制：用模糊理论来实现的自动化控制。1-2 过程控制系统的组成术语及类别（三基内容）一、组成。自动控制是在人工控制基础上发展起来的，再来看一下锅炉的人工控制。 水位 眼 大脑 手 阀组成：至少必须有检测元件与变送器、控制器、执行器与调节阀等三部分自动化装置与对象一起组成一个控制系统，如图。二、术语。1、 被控对象被控制的设备或机器。2、 被控参数 y生产过程中要求控制的参数。3、 干扰 d凡是影响被控参数的各种作用都叫干扰。4、 操纵参数（调节参数）用于克服干扰影响，需要进行控制的物流量。5、 测量元件、变送器发现干扰影响并转变为一定的信号输出的元件。6、 测量值 z变送器的输出值。7、 给定值一个恒定的与正常的被控参数相对应的信号值。8、 偏差给定值与测量值之差。9、 控制器（调节器）系统中的元件，对测量值进行判断并作出响应的元件。10、 执行器与调节阀执行调节器指令并动作的元件。11、 开环与闭环：从控制对象的输出信号开始经过一连串的自动化装置又回到控制对象构成一个闭合回路的系统称闭环系统。闭环系统是一个反馈系统，不形成信号且不是闭合回路的系统就是开环系统。三、类别。过程控制系统的分类方法很多：比值流量 均匀按生产过程参数分 压力 按控制系统的作分 前馈温度 串反自选按自动化装置分：常规仪表，计算机按系统组成分：单回路、多回路、开环、闭环但在分析自控特性时，给定值的形式不同会涉及到不同的分析方法，所以宜将控制系统按给定的不同情况分类，分为三类：1、 定值控制系统就是给定值恒定的控制系统，生产中的大多数情况是如此。2、 随动控制系统（跟踪系统）给定值在不断变化无规律，是未知的时间函数。控制系统的目的就是使被控参数尽快地、准确及时地跟随给定值变化，如变送器等。3、 程序控制系统给定值也是变化的，但它的变化规律是一个已知的时间函数，程序控制系统根据需要可做闭环也可做成开环。四、过程控制的特点（画书 P2）L C 1-3 控制系统的品质指标（重难点内容）在自动控制系统中，我们把被控参数不随时间而变化的平衡状态作为稳态或静态(steady-state) ，而把被控参数随时间变化的不平衡状态称为动态或瞬态(transient-state) 。当给定值改变或干扰进入，原平衡状态被打破，出现偏差，控制器按规定发出命令使阀动作，改变操纵量使被控量逐渐回到给定值，直到恢复平衡为止。从干扰开始，由于控制器的作用在系统达到平衡之前，系统中各个环节都在不断变化，在阶跃信号输入的情况下，整个过度过程有几种较典型的状态。如图所示a、发散震荡过程 db、等幅震荡过程 cc、衰减震荡过程 d、非周期震荡过程 b b aa、b 不稳定 a cc、d 稳定 控制过程就是消除干扰的过程。控制系统是否稳定，是否能准确而快速达到平衡状态，通常采用下列指标来衡量： y 0.020.05 一、递减比（衰减比） A1 B1 A2 B2 衰减震荡是最一般的过