过程控制系统及仪表邵裕森主编9

过程控制系统
(ProcessContro1System)
总学时：40学时理论40学时
学分：2.5
课程主要内容：
《过程控制系统》课程是电气工程与自动化专业的一门专业主干课程，具有很强的实践性。

主要内容包括单回路控制系统的方案设计、调节参数整定以及控制系统的投运：为提高控制品质或满足特殊操作要求的复杂过程控制系统及应用中的有关问题;对典型案例的学习，掌握对各典型单元操作静、动态特性的分析方法，和与之相匹配的典型控制方案的设计等三大部分。

通过本课程的学习，要使学生在掌握控制理论和过程检测与控制仪表等知识的基础上，用工程处理的方法去解决控制系统的分析、设计与研究方面的问题。

先修课程：自动控制理论、微机原理、过程检测与控制仪表、微机控制等。

适用专业：电气工程与自动化
教材：
邵裕森.过程控制工程.北京：机械工业出版社，2006年1月。

教学弁考书：
[1]金以慧.过程控制.北京：清华大学出版社，1993年4月。

[2]蒋慰孙.过程与控制.北京：化学工业出版社，1996年10月。

[3]邵裕森.过程控制及仪表（修订版）.上海：上海交大出版社，1995年3月。

《过程控制系统与仪表》课程教学大纲课程代码：030231010课程英文名称：Process control system and instrument课程总学时：32 讲课：24 实验：8 上机：0适用专业：测控技术与仪器大纲编写（修订）时间：2010.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是测控技术与仪器专业的选修课。

课程的任务是初步掌握工业自动化仪表和工业过程控制的基础理论知识和基本技能。

利用各种工业仪表获取各种工业生产过程的数据信息，从而实现工业生产的自动化控制。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求掌握各种工业测量仪表的功能、原理、结构及工业过程中仪表的选用原则和方法，包括传感器，变送器，调节器和执行器。

掌握工业过程控制系统的基础知识，包括工业控制系统的原理构成，各种控制规律的选择，控制对象的特性。

掌握实际系统中工业仪表的装置原理、结构、功能及参数的选取。

这是工程技术人员必须掌握的基本知识。

了解工业控制技术的发展及新型的检测及控制装置。

针对基本任务，本课程应围绕着各种控制系统设计所涉及到的参数及各种控制仪表来展开。

（三）实施说明大纲所写内容不一定全部在课堂讲授，可在以硬件为主的基础上，详略不同的介绍。

素质教育应贯穿于每一门课程的教学过程，站在培养新时代人才的整体高度上，看待本课程应承担的职责。

讲授内容要分清每一部分在课程整体中所处的地位。

对课程各环节应实施统一调配，增强教学的效果。

（四）对先修课的要求《自动控制原理》、《电路》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》（五）对习题课、实验环节的要求本大纲以实施素质教育为目的，培养学生独立地分析问题、解决问题。

对习题内容的选择可根据课程的进展情况灵活掌握，使学生能够与时具进。

实验是对理论教学的补充，应具有真实性和综合性。

（六）课程考核方式1.考核方式：考查。

2.考核目标：在考核学生对仪表构成的基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考查学生的分析能力、设计能力和各种测控量计算等能力。

第 1 章思考题与习题1-1过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2.控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：参照图 1-1。

1-4说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（ P）控制、比例积分（ PI）控制，比例、积分、微分（ PID ）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。

通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

二者之间的关系：1-7试说明定值控制系统稳态与动态的含义。

为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？解答：稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。

《过程控制仪表及控制系统》发电厂汽轮发机电蒸汽温度控制电气工程及其自动化 (2) (3) (4)2 . 1 设计任务 (4)2 . 2 设计要求 (5) (6)3 . 1 方案论证 (6)3．1 .1 常规 P ID 控制 (6)3 .1 .2 串级控制 (6)3 . 2 系统设计 (6)3 . 2 . 1 结构框图及说明 (6)3 . 2 . 2 系统原理图及工作原理 (7) (8)4. 1 T 1 参数 (8)4. 2 T 2 参数 (9)4. 3 主副调节器的参数............................................ 1 0.......................................................... 1 1................................................................ 1 2… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 1 2串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。

串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。

前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量(主被控参数)，即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量(副被控参数)，是为了稳定主变量而引入的辅助变量。

整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。

副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。

一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。

二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。

第一章1.过程控制系统：是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分等一些过程变量的系统2.控制系统均由测量元件、变送器、调节器、调节阀和被控过程等环节构成。

如果把测量元件、变送器、调节器、调节阀统称为过程检测控制仪表，则一个简单的过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两部分组成3.过程控制系统的分类：按被控参数名称，按控制系统完成的功能，按调节器的控制规律，按被控量的多少，按采用常规仪表和计算机按过程控制系统的结构特点来分类：1反馈控制系统：控制系统根据系统被控量的偏差进行工作，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。

反馈控制系统可以是单回路，也可以是多个闭合回路的多回路控制系统。

2前馈控制系统：直接根据扰动量的大小进行工作按系统结构特点分 1）反馈控制系统 2）前馈控制系统 3）前馈—反馈控制系统按给定值信号特点 1）定制控制系统 2）程序控制系统 3）随动控制系统1-5采用DDZ-Ⅲ电动单元组合仪表。

氧气流量测量信号与供氧量给定值比较得其偏差值，经调节器按某种控制规律运算后输出控制信号，控制调节阀5的开度，改变供氧量的大小，达到控制供氧量的目的。

问：什么叫反馈？正/负反馈？反馈在控制系统中的意义？负反馈（negative feedback）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，对控制部分的活动起制约或纠正作用的，称为负反馈。

正反馈（positive feedback ）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同，对控制部分的活动起增强作用的，称为正反馈前者使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定第二章1被控过程－被控制的生产工艺设备（加热炉、贮罐）2.数学模型－被控过程在各输入量（控制量、扰动量）作用下，其相应输出量(被控量)变化函数关系的数学表达式。

非参数模型：曲线表示的。

如阶跃响应曲线等。

参数模型：用数学方程式或函数表示的。

《给水排水工程仪表与控制》课程大纲课程名称中文名称：给水排水工程仪表与控制英文名称：Instrument and Control of Water Supply and Drainage Engineering课程编码0201015课程类别专业课程课程性质必修学分 1.5开课学期第7学期总学时24理论学时24实验/上机学时0课外学时0开课单位市政与环境工程系适用专业及层次给排水科学与工程专业、本科编制依据《给排水科学与工程专业培养方案》（2019版）《市政与环境工程系课程大纲规范化管理规定》先修课程《高等数学》、《大学物理》、《电工电子学》、《建筑给水排水工程》、《泵与泵站》、《水质工程学1》、《水质工程学2》主要教学用书及参考资料教学用书1）崔福义，彭永臻，南军编著《给排水工程仪表与控制》（第二版），北京，中国建筑工业出版社，2006参考资料1）邵裕森主编《过程控制及仪表》，上海：上海交通大学出版社，20022）胡寿松主编《自动控制原理》（第六版），科学出版社一、课程简介《给水排水工程仪表与控制》是给排水科学与工程专业的专业核心课程，是学生从事本专业的科研、生产与管理工作必备的理论基础。

通过本课程的学习，使学生掌握给排水自动控制的基本概念和基本规律，了解有关仪器仪表的基本原理、特点与应用技术，了解有关的控制技术概况和特点，了解本专业各个工艺环节需要的监测与控制内容、能够采取的技术方法、目前的现状与发展趋势。

二、课程目标课程目标1通过课程的学习使学生掌握自动控制系统的基本构成，传递函数与典型环节的动态特性，自动控制的基本方式，双位逻辑控制系统。

培养学生的综合素质，使学生在交叉学科中找准自身的定位。

课程目标2：培养学生的专业素养，使学生掌握给排水工程中常用过程参数检测仪表、常用过程控制仪表、执行设备三大类常用的仪表与设备，以及各种设备的工作原理。

使学生能够进行给排水系统的建设和设备选型。

课程目标3：使学生掌握给水处理系统各单元环节的自动控制方法与技术、污水处理各单元环节的自动控制方法与技术，并能应用于解决本专业复杂工程问题。

《过程控制系统与仪表》课程教学大纲课程代码：030231010课程英文名称：Process control system and instrument课程总学时：32 讲课：24 实验：8 上机：0适用专业：测控技术与仪器大纲编写（修订）时间：2010.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是测控技术与仪器专业的选修课。

课程的任务是初步掌握工业自动化仪表和工业过程控制的基础理论知识和基本技能。

利用各种工业仪表获取各种工业生产过程的数据信息，从而实现工业生产的自动化控制。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求掌握各种工业测量仪表的功能、原理、结构及工业过程中仪表的选用原则和方法，包括传感器，变送器，调节器和执行器。

掌握工业过程控制系统的基础知识，包括工业控制系统的原理构成，各种控制规律的选择，控制对象的特性。

掌握实际系统中工业仪表的装置原理、结构、功能及参数的选取。

这是工程技术人员必须掌握的基本知识。

了解工业控制技术的发展及新型的检测及控制装置。

针对基本任务，本课程应围绕着各种控制系统设计所涉及到的参数及各种控制仪表来展开。

（三）实施说明大纲所写内容不一定全部在课堂讲授，可在以硬件为主的基础上，详略不同的介绍。

素质教育应贯穿于每一门课程的教学过程，站在培养新时代人才的整体高度上，看待本课程应承担的职责。

讲授内容要分清每一部分在课程整体中所处的地位。

对课程各环节应实施统一调配，增强教学的效果。

（四）对先修课的要求《自动控制原理》、《电路》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》（五）对习题课、实验环节的要求本大纲以实施素质教育为目的，培养学生独立地分析问题、解决问题。

对习题内容的选择可根据课程的进展情况灵活掌握，使学生能够与时具进。

实验是对理论教学的补充，应具有真实性和综合性。

（六）课程考核方式1.考核方式：考查。

2.考核目标：在考核学生对仪表构成的基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考查学生的分析能力、设计能力和各种测控量计算等能力。

过程控制系统及仪表Process control system and instruments•任课教师：信息科学与工程学院杨英华副教授•Teacher: Associate professor YANG Ying-hua•2010.512第3章被控过程的数学模型被控过程的数学模型是指被控过程的输出变量与输入变量之间的函数关系数学表达式。

单变量的被控过程也可以称为单输出的被控过程。

...x 1f 2f nf y)()()()()()()(11s F s W s F s W s X s W s Y n fn f o +++="3多变量的被控过程•多变量的被控过程也可以称为多输出的被控过程。

•当被控过程中存在多个输入量（）和多个输出量（）时，输入量与输出量之间往往不是一对一的关系。

•本书仅讨论单变量过程...1x 1f 2f m f 1y 2x ...n x 2y ny ...)()()()()(s s s s s f o F W X W Y +=m n f f f x x x ,,,,,,,2121""ny y y ,,,21"4自衡过程和无自衡过程•当输入量发生变化破坏了被控过程的平衡状态时，在没有任何外界干扰的情况下，被控过程依靠自身的能力能够重新达到一个新的平衡状态，那么这个被控过程就被称为有自平衡能力的过程，也可以称其为自衡过程。

t)(t x t )(t y )(∞y 0y 0t t)(t x t)(t y 0y 0t 阶跃响应曲线建立数学模型的目的•设计控制系统和整定调节器参数；•指导生产工艺设备的设计；•仿真实验研究。

建立数学模型的方法•机理法；•实验法；•两种方法相结合。

56被控过程数学模型的表示方法•线性时间连续模型（微分方程或传递函数形式）)()()()()()(01)(1)(τττ−+−′++−=+′++t u b t u b t u b t y t y a t y a m m n n ""s n n mm o e s a s a s b s b b s U s Y s W τ−++++++==""1101)()()()()1()()()1()1()(0111d k u b d k u b d m k u b k y k y a n k y a n k y a m n n −+−−++−−=+−++−−+−−"")(1)(11110k u q q a q a qb qb b k y dn n m m −−−−−++++++=""•线性时间离散模型73.2 建立机理模型•建立自衡过程的数学模型1. 单容自衡过程的数学模型单容过程是指只有一个储蓄能量的过程。