沈阳理工大学-过程控制系统教学大纲(黄德先)

1、过程控制系统课程教学大纲课程代码：030141003课程英文名称：PROCESS CONTROL SYSTEM课程总学时：48学时 讲课：40学时 实验：8学时 上机：0学时适用专业：自动化大纲编写（修订）时间：2010.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标1. 课程地位    过程控制系统是自动化专业的专业必修课，也是自动化专业的学位课。对培养学生综合分析问题、解决问题能力，提高学生处理实际问题能力具有重要的作用。    2. 教学目标    针对基本任务，该课

2、程的知识系统结构应围绕过程控制系统所涉及的技术要点和技术难点的理解与掌握来展开。 通过本课程学习，学生将达到一下要求：了解连续工业过程的生产特点及要求；应用自动控制理论、控制技术、自动化仪表和计算机控制技术来设计过程控制系统及实际工程中的有关问题；能够解决过程控制工程中的一般问题，具有分析和设计比较复杂的过程控制系统能力。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求要求学生掌握连续工业过程控制的过程建模、简单和复杂控制策略等基础知识和基本理论、PID参数整定的常用方法。了解学科前沿，注重理论联系实际，从应用的角度，理解过程控制问题的本质，并与实际工程应用相结合，掌握分析和设计过程控制系统的方法，培养

3、学生实践动手能力和自动化仪表的应用能力，提高学生在过程控制应用软件方面的编程技能。 （三）实施说明 在讲授具体内容时，要求分清每一部分内容在课程整体中所处的地位和衔接，注重理论联系实际，使学生正确理解和区分自动化仪表控制与直接数字控制方法的异同；培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；同时在教学过程中要板书与多媒体结合。 （四）对先修课的要求 本课程的先修课是自动控制原理和现代控制理论，在掌握自动控制原理、现代控制理论的基础上学习本课程，本课程将为课程设计和毕业设计打下基础。 （五）对习题课、实验环节的要求习题课：通过习题课的讲解和

4、训练，使学生掌握计算方法和技巧，加深对实际控制问题的理解，提高分析问题、解决问题能力。实验环节：每个学生应完成以下的必修实验内容，通过实验加深对数学模型的建立、简单控制系统PID参数整定和复杂控制系统的控制。 （六）课程考核方式1.考核方式：考试    2.考核目标：在考核学生基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考核学生对实际工业过程控制对象进行控制的设计能力、参数整定计算、分析问题能力。3.成绩构成：本课程的总成绩主要由四部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占10%，期中成绩占10%，实验成绩占10%，期末考试成绩占70%。 &#

5、160;  （七）主要参考书目:1. 过程控制系统，黄德先等编，清华大学出版社，2011。2. 过程控制系统，俞金寿 孙自强编著，机械工业出版社，2009。3. 过程控制工程，俞金寿 蒋慰孙编著，电子工业出版社，2007。4. 过程控制系统， 郭一楠等编著，机械工业出版社，2009。二、中文摘要 本课程是自动化专业学生必修的一门实践性很强的主干技术专业课程。课程通过对常见的过程工业控制系统的基本原理、设计方法等内容的讲授，在分析稳态和动态数学模型的基础上，使学生掌握简单控制系统、复杂控制系统和先进控制系统的结构、原理、特点、适用场合、系统设计及应用等问题。本课程将为从事过程

6、控制以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。三、课程学时总体分配表序号教学内容学时讲课实验上机0绪论22000.1生产过程自动化的发展概况和趋势0.50.2过程控制的任务和要求0.50.3控制系统的组成、分类与性能指标11生产过程的数学模型42201.1被控对象的动态特性11.2过程数学模型及其建立方法1实验：水箱动态特性测试实验22常规控制及其过程分析44002.1基本概念12.2比例控制（P控制）与积分控制（I控制）22.3比例积分控制（PI控制）与比例积分微分控制（PID控制）13控制系统的整定64203.1控制系统整定的基本要求13.2工程整定法3实验：单回路系统PID控制实验24

7、控制系统中的仪器仪表22004.1检测变送仪表14.2执行器气动调节阀15串级控制系统与比值控制系统86205.1串级控制系统的概念15.2串级控制系统的分析15.3串级控制系统设计中的几个问题15.4控制器的选型和整定方法15.5比值控制系统2水箱液位串级控制实验26基于补偿原理的控制系统86206.1概述16.2前馈控制36.3大迟延控制2实验：水箱液位前馈-反馈控制实验27解耦控制系统66007.1相对增益27.2耦合系统中的变量匹配和控制参数整定27.3解耦控制系统的设计28数字控制系统44008.1数字控制系统的组成18.2数字控制系统的理论分析基础知识18.3数字控制算法18.4数

8、字系统与连续系统的接口19控制系统的设计44009.1概述0.59.2工艺设计对过程控制的影响0.59.3过程控制中的自由度0.59.4被控变量、操作变量和测量变量的选择0.59.5控制系统设计问题19.6先进控制系统的设计1四、大纲内容第0部分   绪论总学时2学时   讲课 2学时   实验0学时   上机0学时 具体内容：（2学时）     生产过程自动化的发展概况和趋势过程控制的任务和要求控制系统的组成、分类与性能指标。重    点：过程

9、控制的基本概念、控制系统的过渡过程及品质指标。第1部分   生产过程的数学模型总学时4学时   讲课 2学时   实验2学时   上机0学时具体内容：（2学时）     1.1被控对象的动态特性     1.2过程数学模型及其建立方法重    点：    掌握对象的动态特性、几种建模方法，典型过程的数学模型难    点： 

10、60;  典型过程的数学模型习题内容：     掌握两种建模方法实验：    单容水箱特性测试实验（2学时）第2部分   常规控制及其过程分析总学时4学时   讲课 4学时   实验0学时   上机0学时 具体内容：（4学时）    2.1基本概念2.2比例控制（P控制）与积分控制（I控制）2.3比例积分控制（PI控制）与比例积分微分控制（PID控制）重   

11、; 点：    PID控制规律及PID参数对系统调节过程的影响难    点：    比例度的物理意义、积分饱和现象习题内容：    PID调节器控制规律计算。第3部分   控制系统的整定总学时6学时   讲课 4学时   实验2学时   上机0学时 具体内容：（4学时）3.1控制系统整定的基本要求3.2工程整定法重   

12、0;点：    几种常见的工程整定方法及相应参数整定难    点：    等效调节器和广义对象的确定习题内容：    对简单的系统进行整定实验：    单回路系统PID控制实验(压力,液位)（2学时）第4部分   控制系统中的仪器仪表总学时2学时   讲课 2学时   实验0学时   上机0学时 具体内容：（2学时）4.1检测变

13、送仪表4.2执行器气动调节阀重    点：    执行器的选择、气动调节阀的结构特性和流量特性。难    点：    气动调节阀气开气关选择第5部分   串级控制系统与比值控制系统总学时8学时   讲课 6学时   实验2学时   上机0学时 具体内容：（6学时）5.1 串级控制系统的概念5.2 串级控制系统的分析5.3 串级控制系统设计中的几个问题5.4 控制器的选

14、型和整定方法5.5 比值控制系统重    点：    串级控制系统及比值控制系统的原理及设计难    点：    串级控制系统副回路设计，比值控制系统的非线性问题习题内容：    串级控制系统的分析及设计实验：水箱液位串级控制实验(2学时)第6部分   基于补偿原理的控制系统总学时8学时   讲课 6学时   实验2学时   上机0学时&

15、#160;具体内容：（6学时）6.1 概述6.2 前馈控制6.3 大迟延控制重    点：    前馈控制及大延迟控制的原理、前馈反馈控制系统的设计难    点：    动态前馈控制系统设计习题内容：    前馈反馈控制系统的分析及设计实验：水箱液位前馈-反馈控制实验(2学时)第7部分  解耦控制系统  总学时6学时   讲课 6学时   实验0学

16、时   上机0学时 具体内容：（6学时）7.1 相对增益7.2 耦合系统中的变量匹配和控制参数整定7.3 解耦控制系统的设计7.4 设计解耦控制系统中的问题重    点：    相对增益的求解、解耦系统设计难    点：    根据相对增益进行系统的关联分析习题内容：    系统关联分析及相对增益求解第8部分  数字控制系统  总学时4学时

17、60; 讲课 4学时   实验0学时   上机0学时具体内容：（4学时）8.1 数字控制系统的组成8.2 数字控制系统的理论分析基础知识8.3 数字控制算法8.4 数字系统与连续系统的接口重    点：    数字控制系统的组成、算法及参数整定。难    点：    控制系统量化、控制度习题内容：    数字控制算式及参数整定第9部分  控制系统的设计  总学时4学时   讲课 4学时