《过程控制系统》课程简介

所谓过程控制是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。

一﹑过程控制的特点及分类方法过程控制的特点是与其他自动化控制系统相比较而言的，大致可归纳如下：1.连续生产过程的自动控制。

2.过程控制系统由过程检测、控制仪表组成。

3.被控过程是多种多样的、非电量的。

4.过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制。

5.过程控制方案十分丰富。

6.定值控制是过程控制的一种常用形式。

7.被控对象的多样性：过程工业涉及到各种工业部门，其物料加工成的产品是多样的。

同时，生产工艺各不相同。

过程控制系统的分类方法很多，若按被控参数的名称来分，有温度、压力、流量、液位、pH等控制系统；按控制系统完成的功能来分，有比值、均匀、分程和选择性控制系统；按调节器的控制规律来分，有比例、比例积分、比例微分、比例积分微分控制系统；按被控量的多少来分，有单变量和多变量控制系统；按采用常规仪表和计算机来分，有仪表过程控制系统和计算机过程控制系统等。

但最基本的分类方法有以下两种：按系统的结构特点来分反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统）按给定值信号的特点来分定值控制系统，随动控制系统1.反馈控制系统偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。

反馈信号可能有多个，从而可以构成多回路控制系统（如串级控制系统）。

2.前馈控制系统扰动量的大小是控制的依据，控制“及时”。

属于开环控制系统，在实际生产中不能单独采用。

3.闭环与开环控制系统反馈是控制的核心！只有通过反馈才能实现对被控参数的闭环控制！开环控制系统不能自动地“察觉”被控参数的变化情况，也不能判断控制参数的校正作用是否适合实际需要。

闭环控制系统在过程控制中使用最为普遍。

4.定值控制系统定值控制系统是工业生产过程中应用最多的一种过程控制系统。

在运行时，系统被控量（温度、压力、流量、液位、成份等）的给定值是固定不变的。

过程控制教学大纲一、课程简介过程控制是自动化领域中的重要组成部分，广泛应用于化工、石油、电力、冶金等工业生产过程中。

本课程旨在让学生掌握过程控制的基本原理和方法，学会分析和设计过程控制系统，提高解决实际问题的能力。

二、课程目标1、掌握过程控制的基本概念、原理和常用控制算法；2、了解过程控制系统的组成、特点和分类；3、掌握过程控制系统的设计和调试方法；4、学会对过程控制系统进行性能评估和优化；5、培养解决实际问题的能力，提高综合素质。

三、课程内容1、过程控制概述：过程控制的基本概念、发展历程和应用领域；2、过程控制系统组成：工艺流程、自动化仪表、控制系统和执行机构等；3、过程控制系统设计：控制方案设计、控制系统选型、控制系统集成和调试等；4、过程控制算法：PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等；5、过程控制系统性能评估与优化：性能指标评估、系统优化和改进措施等；6、典型过程控制系统案例分析：化工、石油、电力、冶金等行业的典型过程控制系统案例分析。

四、课程安排本课程共分为理论教学和实践教学两个部分。

理论教学部分包括以上六个方面的内容，实践教学部分包括实验、课程设计和综合实践等环节。

具体安排如下：1、第一讲：过程控制概述（2学时）；2、第二讲：过程控制系统组成（4学时）；3、第三讲：过程控制系统设计（4学时）；4、第四讲：过程控制算法（4学时）；5、第五讲：过程控制系统性能评估与优化（2学时）；6、第六讲：典型过程控制系统案例分析（2学时）；7、第七讲：实验环节（4学时）；8、第八讲：课程设计和综合实践环节（8学时）。

五、教学方法本课程采用多媒体教学、案例分析和实验相结合的教学方法。

通过多媒体教学，使学生对过程控制的基本概念和原理有更直观的认识；通过案例分析，使学生了解实际生产过程中遇到的问题及解决方法；通过实验环节，使学生能够亲手操作和体验过程控制系统的运行与调试。

六、考核方式本课程采用平时成绩和期末考试相结合的考核方式。

过程控制系统教案一、教学目标1. 理解过程控制系统的概念及其重要性。

2. 掌握过程控制系统的分类和基本组成。

3. 了解过程控制系统的性能指标和应用领域。

4. 学会使用过程控制系统的基本工具和软件。

二、教学内容1. 过程控制系统的概念及其重要性1.1 定义及作用1.2 过程控制系统与自动控制系统的区别2. 过程控制系统的分类和基本组成2.1 连续过程控制系统2.2 离散过程控制系统2.3 开环控制系统与闭环控制系统2.4 过程控制系统的硬件和软件组成三、教学方法1. 讲授法：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。

2. 案例分析法：分析实际应用中的过程控制系统案例，加深学生对过程控制系统的理解。

3. 实验法：安排实验室实践，让学生动手操作过程控制系统。

4. 小组讨论法：分组讨论过程控制系统的设计和应用，提高学生的团队协作能力。

四、教学资源1. 教材：过程控制系统相关教材。

2. 课件：制作精美的课件，辅助讲解过程控制系统相关知识。

3. 实验室设备：供学生进行实验操作的过程控制系统设备。

4. 网络资源：查找与过程控制系统相关的视频、案例等资源，用于课堂拓展。

五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的课堂表现、发言和作业完成情况。

2. 实验报告：评估学生在实验室实践过程中的操作能力和分析问题能力。

4. 期末考试：设置相关试题，测试学生对过程控制系统的理解和掌握程度。

六、教学安排1. 课时：本课程共计32课时，包括理论讲授16课时，实验操作16课时。

2. 授课计划：第1-8课时：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。

第9-16课时：分析过程控制系统的性能指标和应用领域。

第17-24课时：学习过程控制系统的设计方法和工具。

第25-32课时：实验室实践和案例分析。

七、教学注意事项1. 确保学生掌握基本概念和原理，避免过于深入的技术细节。

2. 注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中巩固知识。

3. 鼓励学生提问和参与讨论，提高课堂互动性。

过程控制系统课程设计过程控制系统课程设计引言：过程控制系统是工程技术中的重要组成部分，它负责对工业过程进行监控与控制，以确保工艺的稳定性和高效性。

在过程控制系统课程设计中，学生将探讨过程控制系统的原理与应用，并通过实践设计一个实际的过程控制系统。

一、绪论过程控制系统又称作工业控制系统，它广泛应用于化工、电力、机械制造等领域。

过程控制系统的主要目标是监控和控制工业过程，以确保产品质量、提高生产效率和降低能源消耗。

通过对传感器的采集和执行器的控制，过程控制系统可以实现自动化的生产。

二、过程控制系统的组成1.传感器与执行器：传感器负责采集工业过程中的各项参数，如温度、压力、流量等。

执行器则负责根据控制系统的指令，对工艺过程进行调节和控制。

2.控制器：控制器是过程控制系统的核心，它根据传感器采集到的数据，通过算法和控制策略进行分析和判断，产生相应的控制信号送往执行器。

3.人机界面：人机界面是人与过程控制系统之间的桥梁，它提供了一个直观、友好的操作界面，使操作人员可以实时地监控和控制生产过程。

三、过程控制系统的设计步骤1.确定系统的目标：在设计过程控制系统前，首先需要明确系统的目标，即要控制的工艺过程中所需达到的标准和要求。

2.收集和分析数据：通过传感器采集工艺过程中的数据，并进行数据分析，了解工艺过程的变化规律和特点。

3.建立模型：根据收集到的数据，建立工艺过程的数学模型，用于后续的控制系统设计。

4.选择控制策略：根据工艺过程的性质和目标要求，选择合适的控制策略，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

5.设计控制算法：根据选择的控制策略，设计相应的控制算法，并将其实现在控制器中。

6.仿真和优化：使用仿真工具对设计好的控制系统进行仿真，并进行调整和优化，以使系统的性能符合要求。

7.实现与调试：根据控制器的设计方案，采购和安装相应的硬件设备，并进行调试和验证。

8.监控与维护：设计好的过程控制系统需要持续地进行监控和维护，以确保系统的稳定性和可靠性。

可编辑修改精选全文完整版教学大纲英文课程名称：Process Control课程编号：0201508总学时：48 （其中理论课学时：44 实验学时：4）总学分：3先修课程：微机原理与接口技术、自动控制理论Ⅰ、检测仪表及检测技术适用专业：自动化开课单位：电子信息与控制工程学院自动化教研室执笔人：张新荣审校人：刘星萍一、课程教学内容第一章绪论第一节过程控制系统的组成及其分类简单控制系统的组成；控制系统按照给定信号分类；按照控制结构分类。

第二节过程控制系统的特点第三节过程控制系统的质量指标第四节过程控制系统的发展概况自动化控制系统的几个发展时期的时间。

第二章被控过程的数学模型第一节概述建立被控过程数学模型的目的；被控过程数学模型的类型。

第二节解析法建立过程的数学模型单容水槽过程、双容水槽过程数学模型机理建模方法；液阻、液容的概念；阶跃响应曲线特点；有时延单容水槽过程、有时延双容水槽过程数学模型；多容过程数学模型。

第三节响应曲线辨识过程的数学模型由对象阶跃响应曲线用作图法及两点法确定对象的传递函数。

第三章变送单元第一节概述变送的基本概念。

各种差压变送器结构、原理、特点。

第三节温度变送器温度变送器组成、工作原理及线性化原理。

第七节微型化、数字化和智能化变送器变送器的发展趋势；各种微型化、数字化和智能化变送器的结构、原理。

第四章调节单元概述调节器基本概念；PID控制规律；各控制规律的特点；参数改变对控制质量的影响。

第一节 DDZ—Ⅲ型调节器DDZ-Ⅲ型调节器输入部分；PI部分；PD部分；硬手动；软手动电路；输出部分工作原理。

第二节改进型调节器抗积分饱和调节器；微分先行PID调节器；比例微分先行PID调节器。

第三节数字式调节器数字式调节器组成、特点、应用。

第五章执行单元第一节概述执行器的作用；执行器的分类。

第二节电动执行机构电动执行机构结构、工作原理。

第三节气动执行机构气动执行机构结构、工作原理、作用形式。

第四节气动薄膜调节阀调节阀的工作原理；调节阀的分类；调节阀的选择。

过程控制系统教案一、课程简介本课程旨在让学生了解和掌握过程控制系统的基本概念、原理和应用。

通过本课程的学习，学生将能够理解过程控制系统的分类、特点、组成及工作原理，掌握过程控制系统的分析和设计方法，以及熟悉常见的过程控制系统应用实例。

二、教学目标1. 了解过程控制系统的定义、分类和特点；2. 掌握过程控制系统的组成和基本原理；3. 学会过程控制系统的分析和设计方法；4. 熟悉常见的过程控制系统应用实例；5. 培养学生的实际操作能力和创新意识。

三、教学内容1. 过程控制系统的基本概念1.1 定义1.2 分类1.3 特点2. 过程控制系统的组成2.1 控制器2.2 执行器2.3 传感器2.4 反馈环节3. 过程控制系统的原理3.1 控制原理3.2 控制规律3.3 控制器设计原则4. 过程控制系统的分析方法4.1 动态特性分析4.2 稳态特性分析4.3 频率响应分析5. 过程控制系统的应用实例5.1 工业生产过程控制5.2 楼宇自动化控制系统5.3 交通运输过程控制四、教学方法1. 讲授：讲解过程控制系统的基本概念、原理和应用；2. 案例分析：分析实际过程中的控制系统案例，让学生更好地理解理论知识；3. 实验操作：安排实验室实践，让学生动手操作，提高实际操作能力；4. 小组讨论：分组讨论问题，培养学生的团队合作意识和创新能力。

五、教学评价1. 平时成绩：包括课堂表现、作业完成情况等，占比30%；2. 实验报告：实验操作及报告，占比30%；3. 期末考试：理论知识测试，占比40%。

六、教学资源1. 教材：《过程控制系统》，张著；2. 课件：PowerPoint演示文稿；3. 实验设备：控制器、执行器、传感器等；4. 网络资源：相关学术论文、案例分析等。

七、教学安排1. 课时：共计32课时，其中包括课堂讲授、实验操作等；2. 授课方式：课堂讲授结合实验操作；3. 实验安排：每2课时安排1次实验操作，共计8次实验。

《过程控制系统》课程教学大纲课程名称：过程控制系统 /Process Control System课程代码：020247学时：48 学分：3 讲课学时：40 上机/实验学时：8 考核方式：闭卷笔试先修课程：自动控制原理A适用专业：自动化开课院系：电子电气工程学院自动化系教材：邵裕森，戴先中.过程控制工程（第2版）.机械工业出版社，2000.5主要参考书：[1]王树青.工业过程控制工程.化学工业出版社,2002.12[2]周泽魁.控制仪表与计算机控制装置.化学工业出版社，2003年，[3]F G Sinskey. Process Control Systems（第3版）, New York McGraw-Hill CompanyInc, 1988年一、课程的性质和任务本课程为自动化专业一门必修课.主要讲授控制设备的数学模型建立,各类过程参数的检测变送及控制仪表的工作原理,简单过程控制系统的工程设计,复杂过程控制系统的应用。

二、教学内容和基本要求第一章绪论1.过程控制发展概况2.过程控制特点3.过程控制系统的组成及其分类第二章过程建模和过程检测控制仪表1.过程建模2.过程变量检测与变送3.过程控制仪表第三章简单过程控制系统—单回路控制系统的工程设计1.过程控制系统的工程设计概述2.控制方案设计3.检测变送器选择4.扏行器(调节阀)选择5.控制器(调节器)选择6.过程计算机控制系统的设计7.过程控制系统的投运和控制器参数整定8.单回路控制系统工程设计实例第四章复杂过程控制系统1.串级控制2.前馈控制3.大滞后补偿控制4.比值控制5.分程与选择性控制6.多变量解藕控制7.模糊控制8.预测控制基本要求: 通过本门课程的学习，要求学生一般掌握过程控制系统的基本特点、控制系统组成与基本控制原理；掌握控制系统数学模型及建立方法，牢固掌握计算机集成控制系统、计算机网络控制系统结构与应用三、实验（上机、习题课或讨论课）内容和基本要求本课程课内不安排实验, 通过习题、讨论课,课程演示实验等环节,使学生加深对各章节的基本概念理解和系统分析设计手段的掌握.四、教学时数分配五、对学生能力培养的要求通过本课程的学习，要求学生掌握过程控制系统的特点、组成与基本控制原理,控制数学模型建立方法，各类过程参数的检测变送及控制仪表的工作原理,掌简单控制系统的工程设计方法,了解特殊控制系统的应用场合.六、说明1.本课程与其它课程的联系与分工本课程的先修课程为《自动控制原理原理》、《模拟电子技术》等.首先要掌握这几门课的基本知识,才能进行过程控制系统的分折和设计.2.课程内容的重点、难点课程重点和难点是掌握简单控制系统的方案设计.熟悉各控制领域的生产工艺流程,掌握各过程参数的检测、变送技术.掌握执行器(调节阀)、调节器工程设计和应用.3.有关课程考核问题本课程的成绩评定形式为闭卷笔试，并参考平时的作业和考勤情况。

《过程控制系统及应用》课程标准课程代码：B0703313 B0703413 课程类别：必修课授课系（部）：自动化工程系学分学时：7.5 140学时一、课程定位与作用1．课程性质本课程是工业过程自动化技术专业学生在学习相关专业基础课后开设的一门专业必修课，是将控制理论及其工程应用紧密联系的一门课程，为后续《计算机控制技术》等课程奠定专业基础。

2．课程作用《过程控制系统及应用》是工业过程自动化技术专业的一门重要专业课，是理论与实践联系非常紧密的一门课程。

该课程的内容主要包括两部分：第一部分主要以传递函数为工具，采用时域分析法分析控制系统的一阶、二阶系统的动态响应指标。

第二部分主要介绍化工生产过程常用的单回路控制、串级控制、前馈控制、均匀控制、比值控制、分程控制、选择控制等控制方案的特点、结构、应用场合，以及各种控制方案的实施方法，如：控制规律的选择、PID参数的整定、系统投运方法。

通过本课程的学习，将控制理论和工程实施方法相结合，为学生从事控制系统的设计、调试、投运和维护打下良好的基础。

3. 与其他课程的关系本门课程需用到前期所学《高等数学》、《典型化工生产技术》、《大学物理》等课程的相关知识，同时为后续《计算机控制技术》、《安全仪表系统》、《交流调速系统》等课程的学习打下基础。

二、课程目标通过《过程控制系统及应用》课程的学习，使学生具备化工检测技术和控制系统方面的基本知识，为学习和掌握专业知识和职业技能打下基础。

1．知识目标（1）熟悉传递函数求系统响应的方法（2）掌握典型环节传递函数表达方法（3）掌握使用传递函数分析一阶、二阶系统动态指标的方法（4）掌握时域分析法求一阶、二阶系统动态指标的方法（5）掌握单回路控制方案的特点及方案设计方法（6）掌握串级、前馈、比值、分程、选择性、均匀控制方案的特点及工程实施方法（7）掌握单回路、串级控制方案系统的调试、投运方法（8）掌握单回路、串级控制方案系统的PID参数整定的方法（9）熟悉前馈、比值、分程、选择性、均匀控制系统的系统投运方法2．能力目标（1）能够使用MATLAB编程软件仿真、得到系统的动态响应曲线（2）能够使用时域分析法分析一阶、二阶系统的动态性能（3）能够根据工艺要求选择并实施简单控制、串级控制等系统的控制方案（4）能够选择合适的控制规律并完成PID参数的整定（5）能够完成控制系统的调试、投运（6）能够初步完成简单控制系统的设计3．素质目标（1）培养学生谦虚、好学的能力（2）培养学生勤于思考、做事认真的良好作风（3）培养学生团队协作能力（4）培养学生的质量意识、安全意识、环保意识及良好的职业道德三、课程设计1.设计基本理念以过控人员的工作任务作为切入口，根据工作对象、内容、手段与成果的要求，将基于学科知识系统的课程教学方式转换为基于工作过程的课程教学方式。