06 比值控制与均匀控制选择性控制 过程控制工程教案

过程控制课程设计-流量比值控制(总22页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-一．设计任务分析设计任务的描述在了解、熟悉和掌握双闭环流量比值控制系统的工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础之上，根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求，应用控制理论对控制系统进行分析和综合，最后采用计算机控制技术予以实现。

设计的目的通过对一个完整的生产过程控制系统的课程设计，使我们进一步加深对《过程控制系统》课程中所学内容的理解和掌握，提高我们将《过程检测与控制仪表》、《自动控制原理》、《微机控制技术》和《过程工程基础》等课程中所学到知识综合应用的能力。

锻炼学生的综合知识应用能力，让学生了解一般工程系统的设计方法、步骤，系统的集成和投运。

从而培养学生分析问题和解决问题的能力。

设计的要求1.从组成、工作原理上对工业型流量传感器、执行机构有一深刻的了解和认识。

2.分析控制系统各个环节的动态特性，从实验中获得各环节的特性曲线，建立被控对象的数学模型。

3.根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。

4.在Matlab上进行仿真，调节控制器参数，获得最佳控制效果。

5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法，并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。

26.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异，巩固所学的知识。

本次设计的具体要求1.控制电磁阀的开度实现流量的单闭环的PI调节。

2.通过变频器控制电磁阀运行实现流量的单闭环的PI调节3.用比例控制系统使副回路的流量跟踪主回路的流量，满足一定的工艺生产要求二．总体设计方案方案论证根据实际生产情况，比值控制系统可以选择不同的控制方案，比值控制系统的控制方案主要有开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统几种。

方案一：单闭环控制系统原理设计的系统框图如图所示。

图单闭环流量比值控制系统原理图单闭环流量比值控制系统与串级控制系统相似，但功能不同。

第七章实现特定要求的过程控制系统■本章提耍1.比值控制系统2.均匀控制系统3.分程控制系统4.选择性控制系统■授课内容第一节比值控制系统◊比值控制系统-一-使两种或多种物料流虽自动维持一定比值关系的过程控制系统。

> 常用的比值控制系统主要有以下几种结构形式：• 单闭环比值控制系统在开环比值控制的基础上，设计了一个副物料流量闭坏控制回路。

空气QW(b)图7-2单闭环比值控制(a)控制流程图；(b)系统方框图• 双闭环比值控制系统由一个定值控制的主流虽回路和一个跟随主流量变化的副流虽控制回路组成。

主流址控制回路能克服主流量扰动，实现其定值控制。

副流量控制回路能抑制作用于副回路中的扰动。

当扰动消除后，主、副流量都回复到原设定值上，英比值不变。

图几3双闭环比值控制(a)控制洸程图：(b)系统方框凶• 变比值控制系统变比值控制系统是一个以笫三参数或称主参数(质量指标)和以两个流虽:比为副参数所组成的串级控制系统。

图7・4变比億控制> 比值控制系统设计•主物料流虽、副物料流虽的确定•控制方案的选择•调节器控制规律的决定•正确选择流量计或变送器及其量程•比值系数的计算第二节均匀控制系统◊均匀控制系统■■…使控制量与被控量均匀缓性地在一定范围内变化的特殊控制系统。

均匀控制的目的不同于定值控制，所以其控制的品质指标也不相同。

在均匀控制中，只要两个参数在工艺允许的范|韦|内作均匀缓慢变化生产能正常运行，控制质最就较高。

> 常用的均匀控制方案• 简单均匀控制方案图7J7简单均勻控制系统.• 串级均匀控制方案• 双冲屋均匀控制方案第三节分程控制系统◊分程控制系统…-在某些工业生产屮，根据工艺要求，一个调节器的输出信号分段, 分别控制两个或两个以上的调节阀工作，即每个调节阀在调节器输出的某段信号范围内作全行程动作。

> 分程控制系统的设计•分程信号的确定•调节阀特性的选择•调节器控制规律的选择•参数整定第四节选择性控制系统◊选择性控制--…是把工业生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到止常的H动控制系统上去的一•种组合控制方法。

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。

课程设计比值控制一、教学目标本章节的教学目标如下：1.学生能够理解比值控制的基本概念和原理。

2.学生能够掌握比值控制的基本方法和技巧。

3.学生能够了解比值控制在实际应用中的重要性。

4.学生能够运用比值控制的方法解决实际问题。

5.学生能够进行比值控制的计算和分析。

6.学生能够设计比值控制实验并进行数据处理。

情感态度价值观目标：1.学生能够认识到比值控制对于提高产品质量和工作效率的重要性。

2.学生能够培养对比值控制的兴趣和积极性。

3.学生能够培养团队合作意识和解决问题的能力。

二、教学内容本章节的教学内容如下：1.比值控制的基本概念和原理：介绍比值控制的定义、作用和基本原理。

2.比值控制的方法和技巧：讲解比值控制的各种方法，如比例控制、积分控制、微分控制等，并介绍如何选择合适的控制方法。

3.比值控制在实际应用中的重要性：通过案例分析，让学生了解比值控制在工业生产、科学研究等领域的应用和重要性。

三、教学方法本章节的教学方法如下：1.讲授法：教师通过讲解比值控制的基本概念、原理和方法，引导学生理解和掌握相关知识。

2.案例分析法：教师提供实际案例，让学生分析并应用所学知识解决实际问题。

3.实验法：学生进行比值控制实验，亲身体验并理解比值控制的方法和技巧。

四、教学资源本章节的教学资源如下：1.教材：提供相关章节，介绍比值控制的基本概念、原理和方法。

2.参考书：提供相关参考书籍，供学生深入学习和参考。

3.多媒体资料：提供相关视频、动画等多媒体资料，帮助学生形象地理解比值控制的概念和方法。

4.实验设备：提供必要的实验设备，让学生进行比值控制实验，亲身体验并理解比值控制的方法和技巧。

五、教学评估本章节的教学评估方式如下：1.平时表现：评估学生在课堂上的参与度、提问回答情况、小组讨论表现等，以了解学生的学习态度和积极性。

2.作业：评估学生完成的作业的质量，包括准确性、完整性、创新性等，以检验学生对知识的理解和应用能力。

过程控制工程第三版教学设计一、教学目标本课程旨在使学生掌握以下知识和技能：1.掌握过程控制的基本概念。

2.理解过程控制系统的组成结构和控制策略。

3.掌握常见的过程控制系统的设计方法和优化技术。

4.能够使用现代过程控制软件工具进行过程控制系统建模、仿真和分析。

5.熟悉常见的过程控制系统实现和调试技术。

6.培养学生团队合作和创新意识，提高解决实际问题的能力。

二、教学内容及课时安排第一章概述 (2学时)1.1 过程控制的基本概念1.2 过程控制的历史发展1.3 过程控制的应用领域和发展趋势第二章过程控制系统组成及控制策略 (4学时)2.1 过程控制系统的组成结构2.2 反馈控制的基本概念2.3 前馈控制的基本概念2.4 比例-积分-微分（PID）控制器的设计原理和应用第三章过程控制系统设计方法 (8学时)3.1 控制系统设计的基本流程3.2 过程控制系统建模和仿真方法3.3 控制系统的稳态和动态响应分析3.4 控制系统的稳定性分析和控制器调节方法3.5 多输入多输出（MIMO）控制系统的设计和优化3.6 基于模型预测控制（MPC）的过程控制系统设计和优化第四章过程控制系统实现及调试技术 (8学时)4.1 过程控制系统的硬件和软件实现技术4.2 控制系统的调试方法和技术4.3 控制系统的在线监测和维护技术第五章实验和项目设计 (8学时)5.1 基础实验5.2 综合实验5.3 课程设计项目三、教学方法1.授课方式：讲授 + 实践2.实践方式：仿真实验、实验和项目设计3.手段：讲授、案例分析、互动探讨、实验实践和个人学习四、教材及参考书目1.《过程控制工程基础》（第二版），林仲彬，东南大学出版社，2017年。

2.《过程控制工程设计》，M. Luyben，《Process Modeling,Simulation, and Control for Chemical Engineers》中文版，化学工业出版社，2011年。

过程控制系统课程教学大纲（ProcessContro1System）学时数：40学时其中：实验学时：课外学时：学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化一、课程的性质、目的和任务《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。

通过本课程的学习，要使学生在掌握自动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。

二、课程教学的基本要求（一）单回路控制系统特点、适用场合及分析设计方法：（二）深刻理解、牢固掌握各种复杂控制系统的特点、适用场合及分析设计方法；（≡）通过对典型案例的学习，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，了解其发展动态。

本课程总学时为40学时，2.5学分，设置在第七学期。

其中相关实验安排在综合实验中。

三、课程的教学内容、重点和难点第一章单回路控制系统（10学时）一、基本内容本章是过程控制系统课程的基础。

主要有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等内容。

二、基本要求1、了解过程控制系统工程设计概要；2、了解和掌握单回路控制系统方案设计；3、了解和掌握测量变送器选型；4、了解和掌握执行器（调节阀）选型；5、了解和掌握控制器（调节器）控制规律选取；6、了解和掌握单回路控制系统参数整定和系统投运方法。

第二章复杂过程控制系统（16学时）一、基本内容主要介绍为提高控制品质或满足特殊操作要求的过程控制系统及应用中的有关问题。

包括串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、分程控制、选择性、阀位控制和推断控制等系统结构及分析。

二、基本要求1、了解和掌握串级控制系统；2、了解和掌握比值控制系统；3、了解和掌握均匀控制系统；4、了解和掌握前馈控制系统；5、了解和掌握分程控制系统；6、了解和掌握选择性控制系统；7、了解和掌握阀位控制方案；8、了解和掌握推断控制系统。

第三章流体传送设备的控制（2学时）一、基本内容流体传送设备（泵及压缩机）及其运行特点，控制方案及特殊控制方案。

均匀控制课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握均匀控制的基本概念、原理和方法，培养学生运用均匀控制理论分析和解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解均匀控制的基本概念及其在工程中的应用；（2）掌握均匀控制的设计原理和方法；（3）熟悉均匀控制系统的性能评估和优化。

2.技能目标：（1）能够运用均匀控制理论分析简单的实际问题；（2）具备均匀控制系统的设计和调试能力；（3）学会使用相关软件工具进行均匀控制系统的设计和分析。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对均匀控制技术的兴趣和好奇心；（2）培养学生勇于探索、创新的精神，提高学生解决实际问题的能力；（3）培养学生团队合作意识，提高学生沟通协调能力。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.均匀控制基本概念：介绍均匀控制的概念、特点及其在工程中的应用；2.均匀控制原理：讲解均匀控制的设计原理和方法，包括控制器参数的选取、系统稳定性分析等；3.均匀控制系统分析：分析均匀控制系统的性能，包括响应特性、稳态特性、动态特性等；4.均匀控制系统设计：讲解均匀控制系统的设计方法，包括控制器设计、系统仿真与调试等；5.均匀控制应用案例：分析实际工程中的均匀控制应用案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学，包括：1.讲授法：讲解均匀控制的基本概念、原理和方法；2.案例分析法：分析实际工程中的均匀控制应用案例，培养学生解决实际问题的能力；3.实验法：学生进行均匀控制实验，让学生亲自动手操作，加深对理论知识的理解；4.讨论法：学生进行课堂讨论，激发学生的思考，提高学生的沟通协调能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用国内外优秀的均匀控制教材，为学生提供系统的理论知识；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作精美的课件、教学视频等，提高课堂教学效果；4.实验设备：准备相关的实验设备，为学生提供实践操作的机会。