1 过程控制工程第四版教学设计
课程简介
本课程为过程控制工程相关专业的本科生课程，主要教授过程控制的基本理论、方法和应用技术。课程内容涵盖传感器、信号处理、过程建模、控制策略等方面，在实验室中进行多种控制实验，以培养学生的实践能力和创新能力。
授课目标
1. 掌握过程控制中常用的量测量、信号处理和过程建模技术。
2. 熟悉传统PID控制和现代控制技术。
3. 能够分析、设计和调试简单的过程控制系统。
4. 培养学生的实践能力和团队合作能力。
课程内容
第一章：过程控制简介
1.1 过程控制的定义和作用 1.2 过程控制系统的组成和功能 1.3 过程控制技术的分类和应用
第二章：传感器与信号处理
2.1 传感器的原理和分类 2.2 传感器的选型和调试 2.3 信号处理的基本原理和方法
第三章：过程建模
3.1 过程建模的概念和分类 3.2 线性和非线性过程建模方法 3.3 过程识别和参数估计 2 第四章：传统PID控制
4.1 PID控制的概念和基本原理 4.2 PID控制器的设计和调试 4.3 自适应PID控制和增量式PID控制
第五章：现代控制技术
5.1 非线性控制和自适应控制 5.2 最优控制和预测控制 5.3 模糊控制和神经网络控制
第六章：过程控制系统实验
6.1 传感器和信号处理实验 6.2 过程建模实验 6.3 PID控制实验 6.4 现代控制技术实验
教学方式
1. 课堂教学：通过多媒体展示、理论讲解和案例分析等方式进行。
2. 实验教学：通过实验室教学，让学生亲身体验过程控制系统的设计和调试。
3. 课程论文：让学生选择一个过程控制应用进行调研和论文撰写，以提高学生的研究和应用能力。
课程评价
1. 平时表现：包括出勤率、作业、实验报告、课堂参与等。
2. 期末考试：主要考察学生的理论知识掌握程度。
3. 课程论文：对学生的研究和应用能力进行评价。
参考教材
1. 《过程控制工程导论》第四版，刘洪海，机械工业出版社。
欧阳道创编 2021.03.06
欧阳道创编 2021.03.06 lxc第一章 思考题与习题
时间：2021.03.06 创作：欧阳道
1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体
并释放出热量。当电石加入时，内部温度上升，温度
检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控
制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调
节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：
被控过程：乙炔发生器
被控参数：乙炔发生器内温度
控制参数：冷水流量
1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?
答：过程控制系统主要分为三类：
1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大欧阳道创编 2021.03.06
欧阳道创编 2021.03.06 小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？
答：1. 余差(静态偏差）e：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。
⾃动控制原理第⼆章复习总结（第⼆版）
第⼆章 过程装备控制基础
本章内容：简单过程控制系统的设计
复杂控制系统的结构、特点及应⽤。
第⼀节 被控对象的特性
⼀、被控对象的数学描述
（⼀） 单容液位对象1．有⾃衡特性的单容对象
2．⽆⾃衡特性的单容对象
（⼆） 双容液位对象1．典型结构：双容⽔槽如图2-5所⽰。
图2-5 双容液位对象 图2-6 ⼆阶对象特性曲线2．平衡关系：⽔槽1的动态平衡关系为：
3．⼆阶被控对象：
1222122221)(Q K h dt dh T T dt h d T T ?=+++
式（2-18）就是描述图2-5所⽰双容⽔槽被控对象的⼆阶微分⽅程式。称⼆阶被控对象。
⼆、被控对象的特性参数
（⼀）放⼤系数K（⼜称静态增益）
（⼆）时间常数T
（三）滞后时间τ
（1）．传递滞后τ0（或纯滞后）：
（2）．容量滞后τc可知τ=τ0+τ
c
。
三、对象特性的实验测定
对象特性的求取⽅法通常有两种：1．数学⽅法
2．实验测定法
（⼀）响应曲线法：
（⼆）脉冲响应法
第⼆节单回路控制系统定义：（⼜称简单控制系统），是指由⼀个被控对象、⼀个检测元件及变送器、⼀个调节器和⼀个执⾏器所构成的闭合系统。
⼀、单回路控制系统的设计
设计步骤：1．了解被控对象
2．了解被控对象的动静态特性及⼯艺过程、设备等
3．确定控制⽅案
4．整定调节器的参数
（⼀）被控变量的选择
（⼆）操纵变量的选择
（三）检测变送环节的影响
（四）执⾏器的影响
⼆、调节器的调节规律1．概念调节器的输出信号随输⼊信号变化的规律。
2．类型位式、⽐例、积分、微分。
（⼀）位式调节规律1．双位调节
2．具有中间区的双位调节
3．其他 三位或更多位的调节。
（⼆）⽐例调节规律（P ）1．⽐例放⼤倍数（K ）
2．⽐例度δ
3．⽐例度对过渡过程的影响（如图2-24所⽰）
4．调节作⽤
⽐例调节能较为迅速地克服⼲扰的影响，使系统很快地稳定下来。通常适⽤于⼲扰少扰动幅度⼩、符合变化不⼤、滞后较⼩或者控制精度要求不⾼的场合。
过程控制 课程设计
一、课程目标
知识目标：
1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其原理和分类。
2. 使学生掌握过程控制系统中常用的数学模型及其应用。
3. 引导学生了解过程控制系统的设计方法和步骤。
技能目标：
1. 培养学生运用数学模型分析和解决过程控制问题的能力。
2. 培养学生设计简单过程控制系统的能力，能根据实际需求选择合适的控制策略。
3. 提高学生运用现代工具（如计算机软件）进行过程控制系统仿真的技能。
情感态度价值观目标：
1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发他们探索未知、勇于创新的科学精神。
2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会与他人共同分析问题、解决问题。
3. 引导学生认识到过程控制在工业生产、环境保护等领域的重要作用，增强他们的社会责任感和使命感。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在让学生掌握过程控制的基本知识和技能，培养他们解决实际问题的能力。通过课程学习，学生将能够：
1. 理论联系实际，运用所学知识分析、解决过程控制问题。 2. 掌握过程控制系统的设计方法和步骤，具备一定的控制系统设计能力。
3. 提高自身的科学素养，培养良好的团队合作精神和创新意识。
4. 关注过程控制在社会生产中的应用，为我国工业发展和环境保护做出贡献。
二、教学内容
1. 过程控制基本概念：包括过程控制定义、分类、发展历程及其在工业中的应用。
教材章节：第一章 绪论
2. 过程控制系统数学模型：介绍控制系统的传递函数、状态空间表达式、方块图及其相互转换。
教材章节：第二章 数学模型
3. 过程控制策略：讲解比例、积分、微分控制规律，以及串级、比值、前馈等复合控制策略。
教材章节：第三章 控制策略
4. 过程控制系统设计方法：阐述控制系统的设计原则、步骤和方法，包括稳定性分析、性能指标和控制器设计。
教材章节：第四章 系统设计与分析
5. 过程控制系统仿真：介绍过程控制系统仿真软件及其应用，通过实例演示仿真过程。
