第一章过程控制基本概念.

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。

教材章节：第五章 系统仿真与实现6. 过程控制案例分析：分析典型过程控制系统的实际问题，探讨解决方案。

过程控制的基本概念
①自动控制。

在没有人的直接参与下，利用控制装置操纵生产机器、设备或纪过程，使表征其工作状态的物理参数(状态变量）尽可能接近人们的期望值（即设定值）的过程，称为自动控制。

②过程控制。

对生产过程所进行的自动控制，称为过程控制。

或者说凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制统称为过程控制。

③过程控制系统。

为了实现过程控制，以控制理论和生产要求为依据，采用模拟仪表、数字仪表计算机等构成的控制总体，称为过程控制系统。

过程控制工程 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握过程控制工程的基本概念，理解控制系统的结构、原理及分类。

2. 使学生了解过程控制系统中各环节的作用，掌握主要参数的测定与调整方法。

3. 帮助学生理解过程控制系统的数学模型，并学会运用相关理论分析控制系统的性能。

技能目标：1. 培养学生运用所学理论知识，分析实际过程控制工程问题的能力。

2. 培养学生设计简单的过程控制系统方案，并进行模拟与优化的能力。

3. 培养学生团队协作、沟通表达和动手实践的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制工程的兴趣，激发他们探究未知、解决问题的热情。

2. 培养学生严谨、务实的科学态度，使他们具备良好的工程素养。

3. 引导学生关注过程控制工程在国民经济和生活中的应用，提高他们的社会责任感。

本课程针对高年级学生，结合过程控制工程学科特点，注重理论与实践相结合，旨在提高学生的专业知识水平、实际操作能力和综合素养。

课程目标明确、具体，便于教师进行教学设计和评估，同时有利于学生明确学习方向，提高学习效果。

二、教学内容1. 过程控制工程基本概念：控制系统定义、分类、性能指标。

教材章节：第一章第一节2. 控制系统数学模型：传递函数、方框图、信号流图。

教材章节：第一章第二节3. 控制系统元件及环节：传感器、执行器、控制器、滤波器等。

教材章节：第二章4. 过程控制系统设计：系统建模、控制器设计、系统仿真。

教材章节：第三章5. 常见过程控制系统分析：PID控制、模糊控制、自适应控制。

教材章节：第四章6. 过程控制系统应用实例：化工、热工、电力等领域。

教材章节：第五章教学内容安排和进度：第一周：过程控制工程基本概念第二周：控制系统数学模型第三周：控制系统元件及环节第四周：过程控制系统设计第五周：常见过程控制系统分析第六周：过程控制系统应用实例教学内容根据课程目标进行选择和组织，确保科学性和系统性。

通过制定详细的教学大纲，明确教材章节和内容，有助于教师按计划进行教学，同时便于学生跟进学习进度。

第一章过程控制系统概述1.五大参量：温度、压力、流量、物位（液位）、成分2.过程控制系统的组成：控制器，执行器，被控过程和测量变送等组成；除被控对象外都是变送单元。

过程控制系统由两大部分组成:过程仪表和被控对象过程控制系统由三大部分组成:检测变送单元，控制器，被控对象。

系统中的名词术语：1）被控过程：生产过程中被控制的工艺设备或装置（即从被控参数检测点至调节阀之间的管道或设备）。

2）检测变送器：检测量转换为统一标准的电信号。

3）调节器（控制器）：实时地对被控系统施加控制用。

4）执行器：将控制信号进行放大以驱动调节阀。

5）被控参数：被控过程内要求保持稳定的工艺参数。

6）控制参数：使被控参数保持期望值的物料量或能量。

7）设定值：被控参数的预定值。

8）测量值：测量变送器输出的被控参数值。

9）偏差：设定值与测量值之差。

10）扰动作用：作用于被控对象并引起被控变量变化的作用。

11）控制作用：调节器的输出（控制调节阀的开度）。

控制器，执行器和检测变送环节称为过程仪表；过程控制系统由过程仪表和被控过程组成。

3.性能指标：包含了对控制系统的稳定性、准确性和快速性三方面的评价。

稳态误差ess：描述系统稳态特性的唯一指标（静态指标）。

衰减比n：n<1,表示过渡过程为发散振荡;n=1,表示过渡过程为等幅振荡;n>1,表示过渡过程为衰减振荡。

一般为4:1-10:1，4:1为理想指标，也是用来调试的。

前馈，反馈控制特点（1）反馈控制系统：根据系统被控参数与给定值的偏差进行工作；是按照偏差进行调节，达到减小或消除偏差的目的；偏差值是系统调节的依据；可以有多个反馈信号；属于闭环控制系统。

（2）前馈控制系统：根据扰动大小进行控制，扰动是控制的依据；控制及时；属于开环控制系统；实际生产中不采用第二章过程检测仪表控制器输出:1.电动仪表：4-20mA，DC（远距离）；1-5V，DC（短距离）气动仪表：20-100Kpa（100m）直流电流4-20mA，空气压力20-100Kpa为通用标准信号。

过程控制课程设计选题一、课程目标知识目标：1. 理解过程控制的基本概念，掌握其重要性和应用领域；2. 学会分析实际过程中存在的问题，并能运用所学知识提出解决方案；3. 掌握过程控制系统的数学模型及其建立方法，了解不同类型的过程控制策略；4. 了解过程控制设备的工作原理和选型方法，具备初步的设备配置和调试能力。

技能目标：1. 能够运用所学理论知识，对实际过程控制系统进行建模和分析；2. 学会使用过程控制软件进行系统仿真，验证控制策略的有效性；3. 培养解决实际过程控制问题的能力，提高创新意识和团队协作能力；4. 掌握过程控制相关设备的操作方法，具备一定的实践操作能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣，激发学习热情和主动性；2. 引导学生关注过程控制在国家经济发展和工业生产中的应用，增强社会责任感和使命感；3. 培养学生的团队合作意识，学会尊重他人，善于沟通交流；4. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程素养，注重实践与创新相结合。

课程性质：本课程为选修课，以理论教学和实践操作相结合的方式进行，旨在培养学生的过程控制理论知识和实际应用能力。

学生特点：学生已具备一定的数学、物理和自动化基础知识，具有较强的学习能力和动手实践能力。

教学要求：注重理论与实践相结合，强调知识的应用性和实践性，提高学生的分析问题、解决问题的能力。

通过小组合作、课堂讨论等方式，培养学生的沟通能力和团队协作精神。

同时，注重培养学生的创新意识和工程素养，为未来从事过程控制相关工作打下坚实基础。

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生产中的应用；2. 过程控制系统数学模型：介绍过程控制系统的传递函数、状态空间表达式及其建模方法；3. 过程控制策略：讲解PID控制、模糊控制、自适应控制等常用控制策略的原理及优缺点；4. 过程控制设备：介绍传感器、执行器、控制器等过程控制设备的原理、选型及应用；5. 过程控制系统仿真：学习使用MATLAB/Simulink等软件进行过程控制系统建模与仿真；6. 实际案例分析：分析典型过程控制系统的实际问题，提出解决方案并验证；7. 实践操作：分组进行过程控制实验，培养学生的动手能力和实际操作技能。

第一 章 过 程控制基 本概念教学要求：了解过程控制的发展概况及特点；掌握过程控制系统各 部分作用，系统的组成；图绘制方法，认识常见图形符号、文字代号；管道及仪表流程图；掌握静态、动态及过 ,学会计算品质指标。

点：自动控制系统的 组成及各部分的功能； 负反馈概念；控制系统的基本控制要求及质量指标。

难 点：常用术语物理意义（操纵变量与扰动量区别）；根据控制系统要求绘制方框图； 静态，过渡过程概念。

自动控制技术在工业 、农业、国防和科学技术现代化中起着十 分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。

随着国民经济和国防 建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。

生产过程自动控制（简称过程控制）---- 自 动 控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。

§ 1.1 过程控 制 的 发展 概 况 及特 点一、过 程控制的发展概况在过程控制发展的历 程中，生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段 的进展三者相互影响 、相互促进，推动了过程控制不断的向前 发展。

纵观过程控制的发展历史，大致经历了以下几个阶段：20 世纪 40 年代：手工操作状态，只有 少量的检测仪表用于生产过程，操作人员 主要根据观测 到的反映生产过程的 关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。

20世纪40年代末〜50年代：过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统过程检测：采用的是 基地式仪表和部分单元组合仪表（气动I 型和电动I 型）；部分生产过程实现了仪表化和局部自动化控制理论：以反馈为中心的经典控制理论掌握控制系统的基本 控制要求（稳定、快速、准确 ）； 掌握渡过程概念； 掌握品质指标的定义20 世纪 60 年代：过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。

自动化仪表：单元组 合仪表（气动n 型和电动n 型）成为主流 产品60 年代后期，出现了 专门用于过程控制的小型计算机 ，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。

第一章：1.过程控制定义 ：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。

2.通常把原材料转变成产品并具有一定生产规模的过程叫做工业生产过程。

连续生产过程中自动控制系统的被控参数往往是温度、压力、流量、物位和成分等变量。

3.球磨给矿过程控制示意图 球磨给矿过程控制方框图4.硫酸工艺流程压力控制方框图5.过程控制目的：目的：抑制外界扰动的影响，确保过程的稳定性，使生产过程的工况最优化。

具体来说：保证质量；提高产量；节能降耗；安全运行；保护环境；改善劳动条件；提高管理水平等 。

6.过程控制系统组成：1.被控过程，指运行中的多种多样的工艺生产设备；2.过程检测控制仪表，包括：测量变送；控制器、执行器。

7. 被控参数（变量）y(t ) 控制（操纵）参数（变量）q(t) 扰动量f(t) 给定值r(t) 当前值z(t) 偏差e(t) 控制作用u(t) 8.过程控制的主要特点：被控过程形形色色；控制过程多属缓慢过程和参量控制形式；控制方案的多样性，有单回路（50%以上）、串级（20%以上）、前馈-反馈、比值、均匀、分程、选择性、时滞、数字和计算机过程控制系统等； 定值控制是主要控制形式。

9.过程控制系统的分类 ：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 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）。

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。

复合控制系统（前馈-反馈控制系统） ：充分发挥了前馈和反馈的各自优点。

10.过程控制系统的性能评价：一个性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或给定值发生变化后，应能迅速、平稳、准确地达到或趋近给定值。