《自动控制系统综合实验》课程教学大纲

《自动控制系统综合实验》教学大纲

课程代码：ABJD0433

课程中文名称:自动控制系统综合实验

课程英文名称:AutomaticcontrolsystemforIntegratedExperiment

课程学分数：i学分

课程学时数：1周

授课对象：自动化专业

本课程的前导课程：过程控制系统、电气控制与PLC

一、实验课程简介

该综合实验作为密切结合过程工业实际的实践环节之一，是学习完“过程控制系统”课程

后进行的一次全面的综合练习，其目的在于加深学生对过程控制系统工程设计思想的理解，

掌握过程控制领域常用的控制方案和控制系统，熟悉典型操作单元和系统特点，提升主动学

习能力与专业兴趣，同时提高学生以后适应企业与研究机构的能力。

二、实验项目的设置与要求

(-)实验安排

序

号实验项目实验学时实验类型每组人数实验类别

1对象特性演1试0.5天演示/验证4人必做

2单回路仪表控制系统0.5天验证/设计4人必做

3串级仪表控制系统0.5天验证/设计4人必做

4单回路DDC控制系统0.5天验证/设计4人必做

5DDC复杂控制系统1天验证/设计4人必做

6单回路PLC控制系统1天验证/设计4人必做

7PLC复杂控制系统1天综合4人选做

注：实验类型：演示/验证/综合/设计实验类别：必做/选做

(-)实验项目的目的和要求

1、演示/验证实验

实验项目名称：对象特性测试

内容提要：以单容水箱液位对象为例介绍实验目的及实验内容，双容水箱液位对象、流

量对象及温度对象的特性测试可参照进行。

实验目的：

1)熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它仅的参

数。

教学方法与手段：讲授法

实验要求：

（1）作出一阶环节的阶跃响应曲线。同时附上拷仄的画面。

（2）根据实验原理中所述的方法，求出一阶环节的相关参数。

2、验证/设计实验

实验项目名称：单回路仪表控制系统

内容提要：以单容水箱液位对象为例介绍实验目的及实验内容，双容水箱液位对象、流

量对象及温度对象的单回路仪表控制系统实验可参照进行。

实验目的：

1）通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2）分析分别用P、PI和PID调节时的过程响应曲线。

3）定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

教学方法与手段：讲授法

实验要求：

1）画出单容水箱液位控制系统的方块图。

2）附上P、PI、PID调节器控制时的阶跃响应曲线及其控制器参数值。

3）比较P、PI和PID三种调节器对系统稳态性能和动态性能的影响。

4）将结合实验一计算得到的P、PkPID控制的最佳整定参数与实验结果进行比较。

3、验证/设计实验

实验项目名称：串级仪表控制系统

内容提要：以水箱液位对象为例介绍实验目的及实验内容.温度对象的串级仪表捽制系

统实验可参照进行。

实验目的：

1）掌握串级控制系统的基本概念和组成。

2）掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。

3）研究外界扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。

教学方法与手段：讲授法

实验要求：

1）分析串级控制和单回路PID控制结构和控制性能不同之处。

4、验证/设计实验

实验项目名称：单回路DDC控制系统

内容提要：以单容水箱液位对象为例介绍实验目的及实验内容，双容水箱液位对象、流

量对象及温度对象的单回路DDC控制系统实验可参照进行。

实验目的：

1）通过实验熟悉单回路DDC控制系统的组成和工作原理。

2）分析分别用P、PI和PID调节时的过程响应曲线。

3）定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

教学方法与手段：讲授法

实验要求：

1）画出单容水箱液位DDC控制系统的方块图。

2）附上P、PI、PID控制时的阶跃响应曲线和相应的控制参数。

3）比较P、PI和PID三种调节器对系统稳态性能和动态性能的影响。

4）比较计算机DDC控制与仪表控制的控制效果有何不同？

5、验证/设计实验

实验项目名称：DDC复杂控制系统

内容提要：以水箱液位对象和串级PID控制方案为例介绍实验目的及实验内容，温度对

象的串级控制系统实验可参照进行。也可自己编程实现其他DDC控制算法。

实验目的：

1）掌握串级控制系统的基本概念和组成。

2）掌握DDC串级控制系统的投运与参数整定方法。

3）研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。

教学方法与手段：讲授法

实验要求：

1）画出计算机串级控制系统的控制方块图。

2）分析计算机串级控制和计算机单回路控制，以及仪表串级控制的不同之处。

6、验证/设计实验

实验项目名称：单回路PLC控制系统

内容提要：以单容水箱液位对象为例，设计单回路液位控制系统，采用工业PLC进行

捽制.

实验目的：通过实验熟悉单回路PLC控制系统的组成和工作原理；定性地研究P、PI

和PID调节器的参数对系统性能的影响

教学方法与手段：讲授法

实验要求：

1）画出单容水箱液位DDC控制系统的方块图。

2）附上P、PLPID控制时的阶跃响应曲线和相应的控制参数。

3）比较P、PI和PID三种调节器对系统稳态性能和动态性能的影响。

7、综合实验

实验项目名称：PLC复杂控制系统

内容提要：以PLC作为控制器，自行编程实现针对AE2000B实验装置的PLC复杂控制

系统方案。

实验目的：通过实验熟悉PLC复杂控制系统的组成和工作原理，研究调节器参数对系

统性能的影响。

教学方法与手段：讲授法

实验要求：实验接线图及实验步骤等不再给出，同学可仿照前几个实验指导书说明设计

并完成本实验。根据实验结果撰写实验报告。

三、实验报告要求

见实验报告。

四、考核方式与成绩评定标准

1、考核方法：

考核方式和最后成绩的评定，视乎设计的创新性、复杂程度、完成的情况、总结报告及

综合决定。

2、成绩评定：

按百分制，预设计报告和设计总结报告的综合成绩计30%；实际动手能力成绩计50%；

创新能力成绩计10%；态度和纪律成绩计10%o

总成绩按优秀（＞90分）、良好（80-90分）、中等（70-80分）、及格（60-70分）和不及格（＜60

分）五级计分。

五、教学参考资源

1、参考书目：

[1]黄伟等编著《过程控制系统设计实验指导》，中国电力出版社，2011年。

[2]冯毅萍、仲玉芳等编著《过程控制工程实验》，化学工业出版社，2012年

2、主要网站：

无

六、说明

（1）实验内容在条件允许的条件下，也可以另行安排。

新选题可以由指导教师选定，或由指导教师提供几人选题供学生选择；也可由学生自己

选题，但学生选题需通过指导教师批准。课题应在设计周之前提前公布。

新课程设计课题公布时一般应包括以下内容：课题名称、设计任务、技术指标和要求、

主要参考文献等内容。

（2）实验开展前均需由指导教师进行相关事项的法解，内容包括：

a.介绍课程设计的内容、要求、安排、考核方法、注意事项

b.讲授必要的课题背景和相关知识、原理。着重帮为学生明确任务，理解过程控制的一

般设计方法、安装、调测方法。

（3）学生安装、调测

实验和排故工作原则上