《过程控制工程》课程介绍与教学大纲

《过程控制工程》课程简介课程编号：06024011课程名称：过程控制工程/ProcessControlEngineering学分：3学时：48（实验：8上机：0课外实践：0）适用专业：测控技术与仪器建议修读学期：7开课单位：电气与信息工程学院测控系先修课程：自动控制原理、自动检测技术及仪表、控制仪表及装置考核方式与成绩评定标准：作业、实验、设计报告、考试（开卷）教材与主要参考书目：主要教材：过程控制工程（第三版）载连奎于玲田学民王树青等编著化学工业出版社2013-7T参考书目：过程控制工程（第三版）俞金寿，蒋慰孙编著电子工业出版社2007-7-1过程控制工程孙洪程，李大字，翁维勤编著高等教育出版社2006-2内容概述：《过程控制工程》是控制科学与控制工程学科中的一个主要研究领域，是一门紧密结合生产实际的工程技术性课程,是测控技术与仪器专业本科生的专业必修课程。它系统地介绍了当前应用在工业生产过程中比较成熟的或较为先进的各类控制方案和控制系统，除理论分析外，还结合典型的工程实例，对控制系统的设计和现场实施进行深入浅出的探讨。主要内容分三部分：（1）基础部分：过程控制工程的基础知识，过程机理和经验建模，反馈控制，前馈控制和比值控制，串级、均匀、非线性增益补偿、选择性和分程控制，多回路控制系统分析与设计和计算机控制系统；（2）先进控制技术：基于模型的控制方法，过程监督控制和计算机综合集成控制；（3）过程控制工程应用示例：传热设备的控制以及精储塔的控制。通过《过程控制工程》学习，培养学生具有工业生产过程控制系统的设计、调试能力；分析与处理流程工业生产过程中控制系统的各种实际问题；在冶金、石油化工、化工、电力、轻工等流程工业领域从事工业过程自动控制工程的技术工作。《过程控制工程》教学大纲课程编号：06024011课程名称：过程控制工程/ProcessControlEngineering学分：3学时：48（实验：8上机：。课外实践：0）适用专业：测控技术与仪器建议修读学期：7开课单位：电气与信息工程学院测控系先修课程：自动控制原理、自动检测技术及仪表、控制仪表及装置一、课程性质、目的与任务《过程控制工程》是控制科学与控制工程学科中的一个主要研究领域，是一门紧密结合生产实际的工程技术性课程,是测控技术与仪器专业本科生的专业必修课程。《过程控制工程》系统地介绍了当前应用在工业生产过程中比较成熟的或较为先进的各类控制方案和控制系统，除理论分析外，还结合典型的工程实例，对控制系统的设计和现场实施进行深入浅出的探讨。通过《过程控制工程》学习，培养学生具有工业生产过程控制系统的设计、调试能力；分析与处理流程工业生产过程中控制系统的各种实际问题；在冶金、石油化工、化工、电力、轻工等流程工业领域从事工业过程自动控制工程的技术工作。具体课程目标可以细化为：.知道流程工业生产控制系统基本架构、组成，变送器、调节器、执行器在系统中作用，控制系统性能指标物理意义，反馈及前馈控制结构的特点。.能够利用物理及化学机理推导控制对象数学模型；能够利用实验测试方法建立控制对象数学模型。.知道PID调节规律作用及特点，并能够依据生产过程特点选择合适控制策略；知道控制系统参数整定机理及步骤，并能够通过实验过程验证。.知道前馈、比值控制系统作用及特点，能够依据生产工艺要求设计合适控制方案。5,能够用控制理论分析串级控制方案三个特点（抗干扰性、鲁棒性、工作频率提高）；能够通过分析生产过程中干扰特点，确定串级系统副变量选择；能够用SIMULINK软件仿真串级控制系统运行效果。.知道均匀控制、选择控制、分程控制系统结构特点及作用，能够依据生产工艺要求设计合适控制方案。.能够用控制理论分析非线性对象控制系统出现控制现象，能够依据生产过程特点选择合适方法（调节阀、串级、自适应、前馈等）解决非线性对象控制问题。.知道“耦合系统”概念，能够基于方框图进行线性解耦器设计；知道纯滞后对象控制特点，能够应用史密斯(Smith)预估补偿方案解决纯滞后控制超调问题。.针对具体工业对象(换热器、锅炉、精储塔等)，根据生产工艺要求，能够综合考虑节能、环保等因素，设计分析过程控制系统方案。课程目标与毕业要求对应关系:毕业要求指标点课程目标1-2具有工程基础知识，能够综合数理知识，利用基本概念、基本理论对复杂工程问题的工作原理进行表达。1、21-4具有测控技术与仪器专业知识，能够综合应用相关知识对流程工业测控技术与智能仪器仪表领域复杂工程问题进行模拟和求解。52-1能够根据所学科学、工程知识的基本原理，识别和判断流程工业工程及相关智能仪表仪器研发问题的关键环节和参数32-2能够分析识别结果，应用测控技术与仪器专业相关基础知识，将复杂工程问题转化表述为数学问题进行表达，建立模型。73-1能够分析流程工业系统或工程及相关智能仪表应用的特定需求确定具体的设计或研发目标，给出解决方案4、64-1能够基于测控技术与仪器基本原理和方法，针对不同方向、不同环节的应用，给出科学合理的实验方法。8、9二、教学内容及学时分配本课程总学时数为48学时，其中理论教学为40学时，实验教学为8学时；课程教学共有9章，具体内容及学时安排等如下表所示：课程内容教学要求重点(☆)难点(A)学时安排实验学时上机学时备注第一章过程控制概论第一节控制系统的组成与目标A0.5第一节控制仪表与控制装置B0.5第三节过程控制策略A☆1第四节反馈控制系统的分类A0.5第二章工业过程动态特性第一节典型工业过程的动态特性A☆0.5

第二节机理建模方法A☆△2第三节测量变送环节及控制阀特性B1第五节广义对象及经验建模方法A☆△1.5实验一对象特性测试2第三章反馈控制第一节控制系统的性能指标A0.5第二节三种常规的反馈控制模式A☆△1.5第三节PID控制器的选取与整定A☆△1.5第四节反馈控制系统的投运B0.5实验二单回路控制系统调试2第四章前馈控制和比值控制第一节前馈控制系统的几种结构形式A☆2第二节比值控制系统A☆2第五章其他典型控制系统第一节串级控制系统A☆△4第二节均匀控制B0.5第三节选择性控制系统A☆1第四节分程控制系统和阀位控制系统A☆2第五节非线性过程增益补偿A☆△2实验三串级控制系统设计与调试2第六章多回路控制系统分析与设计第一节相对增益B△1第二节耦合系统变量配对与参数整定A☆△1.5第三节多回路系统的解耦设计B☆A1.5第七章基于模型的控制方法第一节史密斯预估控制B☆A1.5第二节内模控制B☆△1.5第三节模型预测控制A☆A2第八章传热设备的控制第一节传热设备的静态与动态特性A☆1第二节换热设备的控制A☆1第三节加热炉的控制A☆1第四节锅炉设备的控制A☆△3实验四传热设备控制系统调试2三、建议实验（上机）项目及学时分配实验一对象特性测试2实验二单回路控制系统调试2实验三串级控制系统设计与调试2实验四传热设备控制系统调试2四、教学方法与教学手段本课程主要由任课老师以课堂教学与实验教学方式进行讲授，积极探索聘请马钢、中冶华天相关技术专家进行讲座、学生课外资料查阅、工厂调研等方法。五、考核方式与成绩评定标准作业、实验、设计报告、考试（开卷）六、教材与主要参考书目主要教材：过程控制工程（第三版）载