山东农业大学：电工电子实验教学中心（教学大纲）过程控制系统

《过程控制系统》教学大纲Process ControlSystem学时：54学时学分：3理论学时：45学时实验或讨论学时：9学时课程代码：BB058007适用专业：自动化大纲执笔人：李天华大纲审定人：侯加林一、说明1、课程的性质、地位和任务本课程为自动化专业本科的专业核心课，通过本课程的学习，使学生掌握过程控制的基本理论、分析方法和实验技能。1）了解过程控制系统的发展概况，掌握基本概念；2）学会建立被控对象数学模型的基本方法；3）了解并掌握各种控制系统的结构、工作过程及特点；4）学会分析被控对象的特性，并根据对象特性设计合理的控制系统。2、课程教学的基本要求本课程是理论性和应用性均较强的课程。教学环节包括课堂讲授、实验、作业、期中考试、课程设计和期末考试。教师在课堂上应对过程控制的基本概念、被控过程的建模方法、各种控制系统的设计原理与方法等进行必要的讲授，并详细讲授每章的重点、难点内容。本课程实验学时为9学时。实验前教师预先布置实验题目，学生在做实验前必须了解控制系统原理、实验设备及连线方法，实验结束后提交实验报告。3、课程教学改革授课采用“多媒体+板书”的形式。教师开发适合教学要求的多媒体课件，课件中穿插大量的工业生产实例来帮助学生分析和设计控制系统，更好地吸收授课的重点和难点。在授课过程中，教师注重采用启发式教学，提高学生学习的自主性和积极性。对于某些章节的内容，提前布置任务，让学生课下搜集资料，课上以分组讨论的方式进行，使课堂教学生动活泼。二、教学大纲内容（一）课程理论教学1、概述（2学时）主要内容：介绍过程控制的基本概念、组成、特点和课程性质及任务等

《过程控制系统》教学大纲 Process Control System 学时：54 学时 学分：3 理论学时：45 学时 实验或讨论学时：9 学时 适用专业：自动化 课程代码：BB058007 大纲执笔人：李天华 大纲审定人：侯加林 一、说明 1、课程的性质、地位和任务 本课程为自动化专业本科的专业核心课，通过本课程的学习，使学生掌握过程控制的基 本理论、分析方法和实验技能。1）了解过程控制系统的发展概况，掌握基本概念；2）学会 建立被控对象数学模型的基本方法；3）了解并掌握各种控制系统的结构、工作过程及特点； 4）学会分析被控对象的特性，并根据对象特性设计合理的控制系统。 2、课程教学的基本要求 本课程是理论性和应用性均较强的课程。教学环节包括课堂讲授、实验、作业、期中考 试、课程设计和期末考试。教师在课堂上应对过程控制的基本概念、被控过程的建模方法、 各种控制系统的设计原理与方法等进行必要的讲授，并详细讲授每章的重点、难点内容。 本课程实验学时为 9 学时。实验前教师预先布置实验题目，学生在做实验前必须了解控 制系统原理、实验设备及连线方法，实验结束后提交实验报告。 3、课程教学改革 授课采用“多媒体 + 板书”的形式。教师开发适合教学要求的多媒体课件，课件中穿 插大量的工业生产实例来帮助学生分析和设计控制系统，更好地吸收授课的重点和难点。在 授课过程中，教师注重采用启发式教学，提高学生学习的自主性和积极性。对于某些章节的 内容，提前布置任务，让学生课下搜集资料，课上以分组讨论的方式进行，使课堂教学生动 活泼。 二、教学大纲内容 （一）课程理论教学 1、概述（2 学时） 主要内容：介绍过程控制的基本概念、组成、特点和课程性质及任务等

重点和难点：过程控制的基本概念和组成。2、被控过程的数学模型（6学时）主要内容：介绍过程建模的基本概念、被控过程的特性、数学模型的类型和过程建模方法。重点和难点：被控过程基于阶跃响应的建模步骤、作图方法和数据处理，3、简单过程控制系统（6学时）主要内容：介绍简单过程控制系统的设计与调节器参数整定方法。重点和难点：调节器作用方式的选择：调节器参数的整定方法4、常用高性能过程控制系统（6学时）主要内容：介绍常用高性能过程控制系统（串级控制、前馈补偿控制、大滞后预估控制）的基本概念、特点、应用背景和设计方法。重点和难点：串级、前馈控制系统的组成、工作原理与设计方法5、实现特殊工艺要求的过程控制系统（6学时）主要内容：介绍实现特殊工艺要求的过程控制系统（比值、均匀、分程、自动选择性控制）的基本类型、性能指标和应用领域。重点和难点：比值、均匀、分程、选择性控制系统的基本概念和工作过程分析。6、复杂过程控制系统（8学时）主要内容：介绍多变量解耦、适应过程参数变化的控制系统、推理、预测和模糊控制系统的基本组成和工作原理。重点和难点：适应过程参数变化的控制系统和推理控制系统的组成及工作原理。7、基于网络的过程计算机控制系统（5学时）主要内容：介绍集散控制系统和基于现场总线的过程控制系统的组成、主要类型、硬件结构与功能、通信模型、软件配置及组态方法等内容。重点和难点：集散控制系统的组成和特点：集散控制系统的硬件结构与功能、软件配置及组态方法。8、典型生产过程控制与工程设计（6学时）主要内容：介绍电厂锅炉和精馏过程的实际控制系统举例；简要介绍工程设计的基本内容。重点和难点：电厂锅炉的过程控制类型及特点

重点和难点：过程控制的基本概念和组成。 2、被控过程的数学模型（6 学时） 主要内容：介绍过程建模的基本概念、被控过程的特性、数学模型的类型和过程建模方 法。 重点和难点：被控过程基于阶跃响应的建模步骤、作图方法和数据处理。 3、简单过程控制系统（6 学时） 主要内容：介绍简单过程控制系统的设计与调节器参数整定方法。 重点和难点：调节器作用方式的选择；调节器参数的整定方法。 4、常用高性能过程控制系统（6 学时） 主要内容：介绍常用高性能过程控制系统（串级控制、前馈补偿控制、大滞后预估控制） 的基本概念、特点、应用背景和设计方法。 重点和难点：串级、前馈控制系统的组成、工作原理与设计方法。 5、实现特殊工艺要求的过程控制系统（6 学时） 主要内容：介绍实现特殊工艺要求的过程控制系统（比值、均匀、分程、自动选择性控 制）的基本类型、性能指标和应用领域。 重点和难点：比值、均匀、分程、选择性控制系统的基本概念和工作过程分析。 6、复杂过程控制系统（8 学时） 主要内容：介绍多变量解耦、适应过程参数变化的控制系统、推理、预测和模糊控制系 统的基本组成和工作原理。 重点和难点：适应过程参数变化的控制系统和推理控制系统的组成及工作原理。 7、基于网络的过程计算机控制系统（5 学时） 主要内容：介绍集散控制系统和基于现场总线的过程控制系统的组成、主要类型、硬件 结构与功能、通信模型、软件配置及组态方法等内容。 重点和难点：集散控制系统的组成和特点；集散控制系统的硬件结构与功能、软件配置 及组态方法。 8、典型生产过程控制与工程设计（6 学时） 主要内容：介绍电厂锅炉和精馏过程的实际控制系统举例；简要介绍工程设计的基本内 容。 重点和难点：电厂锅炉的过程控制类型及特点

（二）课程实验教学实验目的：通过本课程的实验，使学生加深对过程控制基本概念的理解与掌握，提高学生分析和设计简单控制系统的能力，培养严谨的科学作风和良好的实验习惯，为将来从事控制系统的设计、调试奠定基础。实验项目与主要内容：序号学时数实验名称目的和要求（1）、熟悉双容控制系统的原理结构：双容（二阶）滞后数学（2）、数显智能报警仪表的参数设置；12模型测式（3）、记录双容对象对于扰动响应时间容量滞后特性。（1）、熟悉进水流量控制系统的原理结构图：进水流量F1定值调节（2）、用智能仪表对对象的参数设置；22之一（3）、手动和自动整定仪表P.I.D参数。（4）、观察P.I.D数变化对系统的影响。（1）、设计出水压力并联控制系统的原理结构图;出水压力P2定值调节32（2）、用仪表整定系统参数；之四（3）、手动、自动整定控制器的P.I.D参数：（4）、观察P.I.D参数变化对系统的影响。（1）、熟悉单回路、管路连接以及控制电器连接；锅炉液L2定值调节之34（2）、手动整定和自动整定P.I.D参数；（3）、观察P.I.D参数变化对系统响应影响。三、本课程考核方式、方法考核方式为考试。期末考试采用闭卷方式进行，考试范围应涵盖所有讲授内容，考试内容应能客观反映出学生对本课程的掌握程度及综合应用能力。考试题型应尽量多样化。总评成绩：平时作业与平时成绩10%，实验成绩10%，期中成绩20%，课程设计10%，期末成绩50%。期中考试、实验成绩主要考查学生实践能力，期末考试主要考查学生理论知识的掌握情况。附：教学参考书目

（二）课程实验教学 实验目的：通过本课程的实验，使学生加深对过程控制基本概念的理解与掌握，提高学 生分析和设计简单控制系统的能力， 培养严谨的科学作风和良好的实验习惯，为将来从事 控制系统的设计、调试奠定基础。 实验项目与主要内容： 序号 实验名称 学时数 目的和要求 1 双容（二阶）滞后数学 模型测式 2 （1）、熟悉双容控制系统的原理结构； （2）、数显智能报警仪表的参数设置； （3）、记录双容对象对于扰动响应时间容量滞 后特性。 2 进水流量 F1 定值调节 之一 2 （1）、熟悉进水流量控制系统的原理结构图； （2）、用智能仪表对对象的参数设置； （3）、手动和自动整定仪表 P.I.D 参数。 （4）、观察 P.I.D 数变化对系统的影响。 3 出水压力 P2 定值调节 之四 2 （1）、设计出水压力并联控制系统的原理结构 图； （2）、用仪表整定系统参数； （3）、手动、自动整定控制器的 P.I.D 参数； （4）、观察 P.I.D 参数变化对系统的影响。 4 锅炉液 L2 定值调节之 一 3 （1）、熟悉单回路、管路连接以及控制电器连 接； （2）、手动整定和自动整定 P.I.D 参数； （3）、观察 P.I.D 参数变化对系统响应影响。 三、本课程考核方式、方法 考核方式为考试。期末考试采用闭卷方式进行，考试范围应涵盖所有讲授内容，考试内 容应能客观反映出学生对本课程的掌握程度及综合应用能力。考试题型应尽量多样化。总评 成绩：平时作业与平时成绩 10%，实验成绩 10%，期中成绩 20%，课程设计 10%，期末成绩 50%。期中考试、实验成绩主要考查学生实践能力，期末考试主要考查学生理论知识的掌握 情况。 附：教学参考书目

教材：《过程控制与自动化仪表》潘永湘、杨延西、赵跃编著，机械工业出版社，2007参考书目[1]《过程控制工程（第3版）》，俞金寿编，清华大学出版社，2007[2]《过程控制工程》，孙洪程李大字翁维勤编，清华大学出版社，2006

教材：《过程控制与自动化仪表》 潘永湘、杨延西、赵跃 编著，机械工业出版社，2007 参考书目 [1] 《过程控制工程（第 3 版）》，俞金寿编，清华大学出版社，2007 [2] 《过程控制工程》，孙洪程 李大字 翁维勤编，清华大学出版社，2006