《热工过程控制系统》课程教学大纲

《热工过程控制系统》教学大纲课程英文名ThermalProcessControlSystem课程代码02M0036学分2.5总学时40理论学时40实验/实践学时0课程类别专业课课程性质限选先修课程传感器技术、自动控制理论适用专业测控技术与仪器（自动检测方向）测控技术与仪器（卓越）开课学院计量测试工程学院注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位本课程是测控技术和仪器专业本科生设置的专业课程。其任务是使本专业的学生系统了解和掌握典型工业过程自动控制的基本概念和基本方法，了解工业工程上常见的五大参数如温度、流量、压力、物位、组分等的测量原理和方法，熟悉典型工业过程系统的组成。掌握控制器、执行机构、被控对象的基本原理及其特性测试方法。通过该课程的学习使学生掌握一定的热工过程控制系统设计方法，掌握单回路控制系统、串级控制系统设计的基本原则及方法，具有一定的工程应用能力，可以解决常规的过程参数检测及控制应用。（二）课程目标课程从相关基础概念和原理出发，引导学生树立自己的正确的价值观、世界观，体会具有中国特色的社会主义经济制度的优越性，增强学生的民族自信心和自豪感，培养学生的职业素养和爱国情怀。课程的具体目标如下：1.熟悉典型工业过程控制系统的基本原理，控制系统的组成、结构及其控制系统的性能指标评价方法，能够熟练应用到工业过程控制系统中。熟悉工业过程五大参数的测量原理、仪表精度等级定义方法、测量仪表的选型原则及适用条件，能够熟练应用到工业过程控制系统中。（1.4）2.了解调节阀的分类方法和工作原理，了解被控过程的基本概念，熟悉广义被控过程的定义，掌握被控过程特性工程测试方法，熟悉被控过程时间常数、滞后的物理意义及其对控制系统设计的影响，掌握PID控制参数的工程整定方法，熟悉串级控制系统的设计原则，使学生能够自主设计单回路及串级自动控制系统。（3.3）二、课程目标达成的途径与方法以课堂教学结合专业实验为主，结合平时作业、课堂提问、考试进行测试。课堂教学主要讲解典型工业过程控制系统的基本原理，控制系统的组成、结构及其控制系统的性能指标评价方法；典型工业过程五大参数的测量原理、仪表精度等级定义方法、测量仪表的选型原则及适用条件；调节阀的分类方法，气动调节阀的流出系数、流量特性基本概念及其气开、气关的选择原则；被控过程的基本概念，被控过程特性工程测试方法，被控过程时间常数、滞后的物理意义及其对控制系统设计的影响；经典PID控制规律的基本原理，比例、积分、微分控制规律的特性，PID控制规律的选择原则，控制器正反作用的确定原则、PID控制参数的工程整定方法；串级控制系统的基本思想，熟悉串级控制系统的设计原则，掌握主、副控制器控制规律的选择原则，掌握串级控制系统控制器参数的整定方法及正反作用设计。使学生能够设计简单的串级控制系统。了解常用的复杂控制系统基本原理及使用范围，熟悉前馈控制系统基本设计思想，掌握前馈反馈控制系统的结构及优点。了解大林算法、史密斯预估控制的基本原理。针对温度、压力、流量和物位测量仪表的基本概念和测量原理，通过动画演示和分析，使学生能够运用数学、物理和工程基础知识解释仪表的基本测量原理，通过工程实例让学生领会针对不同的物理对象如何选择合适的测量仪表，在实际应用过程对不同原理的仪表有哪些特殊要求。在执行机构部分，通过视图、动画使学生深入理解调节阀的工作原理，结合工程实践学会选择调节阀，能够计算调节阀的流量特性。被控对象给出传送带、水箱液位、加热炉等常见工业过程，通过动画演示滞后时间等。在控制系统设计环节，给予实例进行讲述，让学生树立系统工程观，在设计控制系统过程中要充分考虑安全、技术指标、环境、经济效益之间的关系，树立科学的控制系统设计理念。课堂中引入仪表原理的动态视频、调节阀的动画演示、工业过程控制的动画模拟、MATLAB仿真技术，使学生更直观地了解控制系统各部分的结构和原理，提高对课程的兴趣。课堂教学尽量引入互动环节，使同学们能更好地融入课堂教学，提高教学效果。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1.4毕业要求3.3课程目标1M课程目标2M注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。四、课程主要内容与基本要求第一章过程控制系统概述熟悉典型工业过程控制系统的基本原理，控制系统的组成、结构及其控制系统的性能指标评价方法，能够熟练应用到工业过程控制系统中。第二章过程检测仪表熟悉工业过程五大参数的测量原理、仪表精度等级定义方法、测量仪表的选型原则及适用条件，能够熟练应用到工业过程控制系统中。第三章过程执行器了解调节阀的分类方法，熟悉气动调节阀的流出系数、流量特性基本概念，掌握气开、气关调节阀的选择原则，能够根据具体控制系统的安全性及设计指标选择合适的调节阀。第四章被控过程了解被控过程的基本概念，熟悉广义被控过程的定义，掌握被控过程特性工程测试方法，熟悉被控过程时间常数、滞后的物理意义及其对控制系统设计的影响。第五章常规过程控制策略了解经典PID控制规律的基本原理，熟悉比例、积分、微分控制规律的特性，掌握PID控制规律的选择原则，掌握控制器正反作用的确定原则、掌握PID控制参数的工程整定方法，使学生能够自主设计一个简单的单回路自动控制系统。第七章串级控制系统了解串级控制系统的基本思想，熟悉串级控制系统的设计原则，掌握主、副控制器控制规律的选择原则，掌握串级控制系统控制器参数的整定方法及正反作用设计。使学生能够设计简单的串级控制系统。第八章复杂控制系统了解常用的复杂控制系统基本原理及使用范围，熟悉前馈控制系统基本设计思想，掌握前馈反馈控制系统的结构及优点。了解大林算法、史密斯预估控制的基本原理。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第一章过程控制系统概述过程控制系统的组成及其特点；过程控制系统的分类及其性能指标；过程控制系统的发展；4课后习题1第二章过程检测仪表过程检测仪表的组成及接线方式；测量误差及处理；2课后习题1工业五大参数测量仪表；4课后习题1第三章过程执行器电动、气动调节阀22调节阀的流通能力及流量特性4课后作业2第四章被控过程被控过程特性及其对控制品质的影响22被控过程建模。4课后作业2第五章常规过程控制策略PID控制基本原理2课后作业3PID控制系统设计及参数整定方法4课后作业3、4第七章串级控制系统串级控制系统结构及分析24串级控制系统设计4课后作业4第八章复杂过程控制系统6课后作业4六、实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1七、考核方式及成绩评定（一）考核方式与评价考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、平时作业点名册、作业本成绩20%期末考核试卷卷面成绩80%考核类别考试成绩登记方式百分制（二）课程目标考核环节和达成标准课程目标教学环节考核环节合格标准课程目标1讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6期末考试B（选择、填空、简答题）课程目标2讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6期末考试C（设计题、计算题）八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：1.陈夕松，汪木兰.《过程控制系统（第三版）》，科学出版社，20142.李国勇.《过程控制系统（第3版）》，\o"电子工业出版社"电子工业出版社,2017（二）主要参考书：1.罗健旭，黎冰，黄海燕，何衍庆.《过程控制工程（第三版）》，,\o"化学工业出版社"化学工业出版社,20152.俞金寿，孙自强.《过程控制系统(第2版)》，HYPERLINK"/pub