过程控制工程实验教学大纲

1、课程编号： 0701103课程名称：化工过程控制工程总学时： 48Process-Control Engineer 总学分： 3课程性质：本课程是生产过程自动化专业的一门重要的专业课。 开设学期学时分配 ：第七学期 ,48 学时 适用专业及层次： 自动化、测控技术等工科本、专科 先行、后继课程情况： 先行课化工原理 、控制原理 、自动控制装置参考书：后继课 无紧密相关课程化工过程控制工程 祝和运 浙江大学过程控制工程 蒋尉孙 华东理工大学 过程控制 金以慧 清华大学出版社CONTROL SYSTEM DESIGN Graham C.Goodwm 清华大学出版社一、 课 程的目的与要求： 本课程

2、是自动化专业的一门重要的专业课 通过学习使学生能够运用控制理论， 结合工艺过程机理和控制装置 （ 仪表和计 算机 ） 的硬件与软件知识， 进行生产过程控制系统的分析、 设计、运行和开发工作。使学生在科研能力、设计能力和工程实际处理能力等方面受到初步而严格的 训练。使学生掌握化工过程控制的基本分析方法、设计方法和研究方法，具有独立 的分析问题和解决问题的能力。同时，本课程不仅担负着培养过程控制工程师的基本训练任务，而且为新技 术的开发和应用打下必要的工程理论基础。、 课 程内容及学时分配：第一章上篇 过程控制系统简单控制系统12 学时）（一）单回路系统的结构组成及控制指标 单回路系统的典型结构，

3、 单回路系统的控制指标。（二）过程特性与动态模型建立过程特性的类型， K、T、t对控制指标的影响，过程动态机理模型的列 写方法过程动态机理模型建立的辨识方法。（三）测量、变送装置对控制系统的影响及选择 测量信号性能，测量信号传送滞后影响与克服。（四）调节阀的选用 气动调节阀的结构，调节阀的流量系数，调节阀的流量特性，气动调节阀的选型。（五）连续 P、 I 、 D 控制及其调节过程基本概念， 比例调节，积分调节，比例积分调节，比例积分微分调节。（六）单回路系统的投运和整定 控制系统的投运，控制系统的工程整定方法。本章应着重讲、并使学生掌握组成单回路控制系统的四个环节的特性参数对控制质量的影响及其

4、设计原则。为培养学生的自学能力，调节器 调节规律对调节质量的影响及选择可让学生自学。单回路控制系统调节器的参数 整定及投运可以在实验中解决， 以培养学生的动手实践能力。第二章 复杂控制系统（16学时 ）（一）串级控制系统 串级控制系统的基本原理及结构， 串级控制系统的特点分析， 串级控制系统设计和实施中的几个问题（二）均匀控制系统 均匀控制系统的基本原理及结构， 均匀控制系统的控制方案，均匀控制系统的理论分析。（三）比值控制系统 比值控制系统的基本原理及结构， 比值系数的计算，比值控制方案的实施，比值控制系统的投运及整定，比值控制系统的其他问题。（四）前馈控制系统 前馈控制系统的基本原理及结构

5、， 前馈控制规律的实施， 前馈控制系统的应用，前馈控制系统的参数整定（五）选择控制系统选择性控制系统的基本原理及结构， 选择性控制系统的类型及应用， 选择性控制系统的设计， 积分饱和的产生及其防止。（六）分程及阀位控制系统 分程控制系统的基本原理及结构， 分程控制系统的应用场合，分程系统的工程应用， 阀位控制系统的应用， 阀位控制系统的设计及整定。通过本章学习培养学生对复杂控制系统的分析、设计能力，使学生具有对复杂控制系统的方案实施，系统的投运及参数整定的实践能力。第三章 新型控制系统（ *2 学时选学）一）纯滞后补偿控制系统纯滞后补偿原理，纯滞后补偿控制的效果，史密斯补偿的实现。二）按计算指

6、标及推断控制系统按计算指标的控制系统，推断控制系统。三）解耦控制系统 解耦控制系统，关联系统解耦条件，解耦控制应用实例。（四）按 Z 变换设计的控制系统最小拍控制算法，大林（Dahlin ）控制算法，采样控制系统。（五）预测控制系统 模型算法控制（ MAC）， 动态矩阵控制。本章要求学生了解高级控制系统的一些基本知识。可选学。第四章 非线性控制系统（ *2 学时选学）（一）线性过程的非线性控制 液位的非线性控制，线性过程的其他非线性控制。（二）非线性过程的非线性控制PH控制过程的非线性控制，反应器的非线性控制（三）位式控制位式控制的改进及其发展， Bang-Bang 控制。本章要求学生了解高级

7、控制系统的一些基本知识。可选学下篇 过程控制工程第五章 流体输送设备的控制（ 2 学时）了解流体输送设备控制的任务、要求、特点。理解泵及离心式压缩机控制方案泵的管路静特性，离心泵的控制方案，离心式压缩机的特点及控制方案。掌握离心式压缩机的防喘振控制， 离心式压缩机特性曲线与喘振特性，造成离心式压缩机喘振的诸因素，离心式压缩机防振控制方案的分析， 固定和可变极限流量控制方案举例。第六章 传热设备的控制（2 学时）换热器的控制 了解传热过程的基本原理，理解换热器静态特性及动态特性分析，掌握换热器常见的各种控制方案的比较及设计。锅炉设备的控制 了解锅炉设备的工艺机理，掌握锅炉汽包三冲量控制系统、燃烧

8、系统， 炉膛负压系统设计及方案分析。第七章 精馏塔的控制（2 时）了解精镏塔工艺生产机理， 理解精镏塔控制中的干扰分析和被控参数选择掌握常见的精镏塔常规控制方案设计 理解选择性控制系统在精镏塔控制中具体应用 了解建立动态模型的两条途径， 理解双组分精镏塔动态模型的建立方法掌握精镏塔新型控制方案（温差、双温差、热焓、内回流和解耦、预估控制 等）第八章 化学反应器的控制（2 学时）了解化学反应器的数学模型建立的一般方法 理解反应器的热稳定性，开环不稳定、闭环稳定的条件。掌握绝热反应器、 聚合反应器、 连续反应器控制方案的分析及设计原则本篇通过学习使学生了解化工典型操作单元的控制要求及其静、动态特

9、性，达到结合控制理论、工艺机理、及工艺要求指标等方面去综合、设计不 同的控制方案。三、说明：本课程一般应安排在化学工程 、控制原理讲完后，即第七学期开设。本课程与控制原理课密切相关，但应突出本课程的工程特点，不必过多讨论各种分析方法，应深入讨论系统工程设计中的原理性设计方法。本课程与测量仪表 调节仪表微机原理等课程密切相连，它们均为控制 系统的工具，使系统的硬件，这里只讨论硬件系统中各环节的地位和具体作用， 其硬件原理属于仪表课讨论范围。本课程与化学工程课也有密切关系，它将在化学工程知识的基础上， 从工艺机理出发为建立各类不同控制系统的动态模型打下基础。本课程与过程计算机控制技术关系是本课程重

10、点讲授过程系统控制方案 和以常规仪表实施的技术问题，对于计算机为工具实施的技术问题由另设课程解 决。四、实验教学：本实验教学的目的在于：验证、巩固和加深课堂加讲授的基本理论，培养学 生掌握控制系统的最基本的实验方法、操作能力、测试技能，养成学生踏实、细 致、严肃、认真的科学作风。通过实验室学生对控制系统的分析、设计、参数整定即系统投运的实践能力 得到培养。要求每个学生在实验前进行预习。并对控制系统中所采用的仪表要熟悉基本 原理、性能、掌握其使用方法。要求学生能够正确纪录处理实验数据，分析判断 实验结果，写出完整正规的实验报告。列为学生必做的基本实验有：1 控制系统各环节特性的测试实验2 干扰进入不同位置时各通道动态特性的测试实验3 单回路反馈控制系统的参数整定和投运4 串级控制系统的参数整定和投运5 单回路和串级控制系统调节质量的比较6 比值控制系统的分析与研究7 前馈控制系统的分析与研究 &解耦控制系统的分析与比较实验课时数为8学时，其安排可在相应的章节