《能源生产过程控制》课程教学大纲

《能源生产过程控制》课程教学大纲课程编号：04510423课程性质：专业方向课先修课程：材料物理适合专业：新能源科学与工程开设学期：第七学期考核方式：考试总学时数：54学分：3（一）课程教学目标通过本课程的学习，使学生加深对能源生产过程的控制知识的理解，掌握相关基本的理论与技能，提高学生控制系统的设计能力，使学生的能力和素养都有重要的提高。（二）课程的目的与任务能源生产过程控制是新能源科学与工程专业一门专业基础课，对于该专业学生能力的提高具有重要的作用，在课程教学和实践过程中，能够培养学生学习和工作的能力，掌握必要的工作技能，对于学生今后就业或创业发挥着重要的作用。在总的目标下，着重要掌握能源生产过程控制等基本技能。（三）理论教学的基本要求学习了本课程以后，使学生在知识上、技能和能力上达到独立调研文献和市场分析的能力。了解能源生产过程控制的基本概念，了解各类过程控制系统的基本原理；设计和实施各类过程控制。（四）实践教学要求无（五）教学学时分配数章次各章名称总学时学时分配讲课实验上机课外小计第0章绪论333第一章过程控制基础知识666第二章简单控制系统999第三章串级控制系统666第四章前馈控制系统666第五章比值控制系统666第六章其他控制系统666第七章典型化工单元的控制666第八章控制系统工程设计666总计545454（五）大纲内容第0章绪论教学大纲：0.1过程控制的定义和任务0.2过程控制的发展与趋势0.2.1自动控制理论的发展历程0.2.2过程控制系统的发展与趋势教学目的与要求：掌握过程控制的概念以及任务，了解过程控制的发展趋势，掌握自动控制理论的发展历程和过程控制系统的发展与趋势教学重点：过程控制的定义、自动控制理论的发展历程、过程控制系统的发展与趋势教学难点：过程控制的发展与趋势第一章过程控制基础知识1.1自动控制系统的组成及分类1.1.1人工控制与自动控制1.1.2自动控制的基本方式1.1.3自动控制系统的组成1.1.4自动控制系统的分类1.2系统运行的基本要求1.2.1系统的动态与静态1.2.2基本要求1.3过程控制系统的过渡过程及控制性能指标1.3.1过程控制系统的过渡过程1.3.2过程控制系统的控制性能指标1.4过程动态特性与建模1.4.1数学模型的定义1.4.2被控过程的数学模型（过程特性）1.4.3传递函数1.4.4过程特性的一般分析1.4.5过程动态模型的实验测取1.5过程控制系统的方框图及传递函数1.5.1系统方框图1.5.2方框图的等效变换与化简1.5.3过程控制系统的传递函数1.6常规控制规律及其对系统控制质量的影响1.6.1PID控制的特点1.6.2位式控制1.6.3比例控制（P）1.6.4积分控制（I）1.6.5微分控制（D）教学目的与要求：要求学生了解过程控制基础知识，包括自动控制系统的组成和分类、系统运行的基本要求、过程控制系统的过渡过程和控制性能指标、过程动态特性和建模、过程控制系统的方框图和传递函数以及常规控制规律等；教学重点：自动控制系统的组成和分类、系统运行的基本要求、过程控制系统的过渡过程和控制性能指标教学难点：过程控制系统的过渡过程和控制性能指标、过程动态特性和建模第二章简单控制系统教学大纲：2.1系统组成原理2.1.1简单控制系统的结构组成2.1.2控制过程分析2.1.3简单控制系统的设计概述2.2被控变量的选择2.2.1被控变量的选择方法2.2.2被控变量的选择原则2.2.3被控变量的选择实例2.3过程特性对控制质量的影响及操纵变量的选择2.3.1扰动通道特性对控制质量的影响2.3.2控制通道特性对控制质量的影响2.3.3操纵变量的选择2.4执行器（气动薄膜控制阀）的选择2.4.1控制阀概述2.4.2控制阀的结构形式及选择2.4.3控制阀气开、气关形式的选择2.4.4控制阀流量特性的选择2.4.5控制阀口径的选择2.4.6阀门定位器的正确使用2.5测量变送环节的选取及其对控制质量的影响2.5.1对测量变送环节的基本要求2.5.2测量误差分析2.5.3减小动态误差的方法2.6控制器的选择2.6.1控制器控制规律的选择2.6.2控制器正、反作用方式的选择2.7简单控制系统的投运和整定2.7.1控制系统的投运2.7.2控制系统的整定2.8简单控制系统的故障与处理2.8.1故障产生的原因2.8.2故障判断和处理的一般方法2.8.3故障分析举例教学目的与要求：要求学生了解系统组成原理，掌握变量的选择；了解简单控制系统的投运和整定；学会简单控制系统的故障与处理教学重点：简单控制系统的结构组成，控制过程分析，简单控制系统的设计，变量的选择，系统的故障与处理教学难点：简单控制系统的结构组成，变量的选择第三章串级控制系统教学大纲：3.1基本原理和结构3.1.1串级控制系统的组成原理3.1.2串级控制系统的结构3.1.3串级控制系统的控制过程3.2串级控制系统的特点3.3串级控制系统的应用范围3.3.1用于具有较大纯滞后的过程3.3.2用于具有较大容量滞后的过程3.3.3用于存在变化剧烈和较大幅值扰动的过程3.3.4用于具有非线性特性的过程3.4串级控制系统的设计3.4.1主、副被控变量的选择3.4.2主、副控制器控制规律的选择3.4.3主、副控制器正、反作用的选择3.4.4串级控制系统的实施3.5串级控制系统的投运和整定3.5.1串级控制系统的投运3.5.2串级控制系统的整定教学目的与要求：要求学生掌握串级控制系统的组成原理和控制过程，掌握串级控制系统的特点，串级控制系统的应用范围，能设计和实施串级控制系统。教学重点：串级控制系统的组成原理，串级控制系统的特点，串级控制系统的应用范围；教学难点：串级控制系统的组成原理和控制过程，设计和实施串级控制系统第四章前馈控制系统教学大纲：4.1前馈控制原理4.2前馈控制的特点及局限性4.2.1前馈控制的特点4.2.2前馈控制的局限性4.3前馈控制系统的几种主要结构形式4.3.1单纯的前馈控制系统4.3.2前馈-反馈控制系统4.3.3前馈-串级控制系统4.4前馈控制系统的实施及应用4.4.1前馈控制系统的实施4.4.2前馈控制系统的应用教学目的与要求：了解前馈控制原理，掌握前馈控制的特点及局限性，前馈控制系统的几种主要结构形式，了解前馈控制系统的实施及应用教学重点：前馈控制原理，前馈控制的特点及局限性，前馈控制系统的几种主要结构形式教学难点：前馈控制原理，前馈控制系统的实施及应用第五章比值控制系统5.1概述5.2比值控制系统的类型5.2.1单闭环比值控制系统5.2.2双闭环比值控制系统5.2.3变比值控制系统5.3比值系数的计算5.3.1流量与测量信号成线性关系时的折算5.3.2流量与测量信号成非线性关系时的折算5.4比值控制系统的实施5.4.1两种实施方案5.4.2比值控制系统中的信号匹配问题5.5比值控制系统的投运与整定教学目的与要求：要求学生掌握比值控制系统概念，了解比值控制系统的类型，掌握比值系数的计算教学重点：比值控制系统概念，比值控制系统的类型教学难点：比值系数的计算第六章其他控制系统教学大纲：6.1均匀控制系统6.1.1均匀控制原理6.1.2均匀控制方案6.2选择性控制系统6.2.1选择性控制原理6.2.2选择性控制系统的类型6.2.3选择性控制系统工程设计和实施时的几个问题6.3分程控制系统6.3.1分程控制系统的组成及工作原理6.3.2分程控制的应用场合6.3.3分程控制系统的实施6.4自动保护系统6.4.1自动信号报警系统6.4.2自动联锁保护系统教学目的与要求：要求学生掌握均匀控制系统、选择性控制系统、分程控制系统以及自动保护系统教学重点：均匀控制系统的原理和方案，选择性控制系统的类型和原理，分程控制系统的原理教学难点：各类控制系统的原理第七章典型化工单元的控制教学大纲：7.1流体输送设备的控制7.1.1泵的控制7.1.2压缩机的控制7.1.3离心式压缩机的防喘振控制系统7.2传热设备的控制7.2.1传热设备的静态数学模型7.2.2一般传热设备的控制7.2.3管式加热炉的控制7.3锅炉设备的控制7.3.1锅炉汽包水位的控制7.3.2锅炉燃烧系统的控制7.3.3蒸汽过热系统的控制7.4精馏塔的控制7.4.1精馏塔的工艺要求和扰动分析7.4.2精馏塔被控变量的选择7.4.3精馏塔的控制方案7.4.4复杂控制和新型控制方案在精馏塔中的应用7.5化学反应器的控制7.5.1化学反应器的控制要求和被控变量的选择7.5.2化学反应器的基本控制策略7.5.3几种典型反应器的控制方案教学目的与要求：要求学生掌握流体输送设备的控制，了解传热设备的控制，锅炉设备的控制，精馏塔的控制，化学反应器的控制教学重点：流体输送设备的控制，传热设备的控制，化学反应器的控制教学难点：流体输送设备的控制，化学反应器的控制第八章控制系统工程设计教学大纲：8.1工程设计的基本知识8.1.1工程设计的基本任务和设计步骤8.1.2工程设计的内容8.1.3自控系统工程设计的方法8.2控制方案及工艺控制流程图的设计8.2.1工程设计的图例符号8.2.2控制方案的设计8.2.3工艺控制流程图的绘制8.3控制系统的设备选择8.3.1仪表自动化设备的选型8.3.2检测仪表的选择8.3.3显示控制仪表的选型8.3.4自控设备表8.4仪表盘正面布置图和背面电气接线图8.4.1仪表盘正面布置图8.4.2仪表盘背面电气接线图8.5其他设计文件简介教学目的与要求：要求学生掌握工程设计的基本知识，了解控制方案及工艺控制流程图的设计，掌握控制系统的设备选择教学重点：工程设计的基本任务和设计步骤，控制流程图的设计，控制系统的设备选择教学难点：控制流程图的设计，控制系统的设备选择（六）课程有关说明制定依据：本大纲根据2015版新能源科学与工程专业本科人才培养方案制定。课程大纲的设置为专业服务，课程标准的确立坚持“以能力为本位，以就业为导向”的理念，以“加强素质教育，强化职业道德”为宗旨。立足河南省的产业背景，适应21世纪社会对材料物理专业人才的需求，建立完善的《能源生产过程控制》的教学大纲。根据新的教学大纲要求，参考国内有关教材，结合新的教学理念、方法和手段，编写新教材。在进行本课程学习前应该先学习材料物理学、固体物理学的相关内容，并且对于上述课程的学习起到促进作用。在执行本大纲时应注意与实际应用相结合，加强对学生应用能力的培养。合理处理重点和难点之间的关系，对重点和难点问题进行详细讲解。考核方式将闭卷考试和课堂考察相结合，加强对学生综合能力的培养。（七）主要教学方法与媒体要求课堂讲授，课堂讨论，案例教学，研究性教学，提问式教学，师生互动。需要多媒体。（八）使用教材及主要参考书1.王永红主编：《过程控制系统》(第2版)，电子工业出版