《过程控制系统》教学大纲

《过程控制系统》教学大纲适用范围版本科人才培养方案202X课程代码05157041课程性质专业选修课学分学分3学时学时（理论学时，实验学时）48408先修课程自动控制原理、现代控制理论、传感器与检测技术等后续课程无适用专业自动化开课单位电气工程与自动化学院一课程说明《过程控制系统》是自动化专业学生的专业选修课本课程以单回路控制系统为主线,讲解单回路控制系统组成及其四大组成部分被控对象建模方法，检测仪表、执行器、控制器的原理、类型、选型方法等，然后重点介绍单回路控制系统设计，并简要介绍复杂控制系统设计和实现特殊需求的过程控制系统本课程注重基本理论知识的深入学习，重在培养运用基础理论知识解决生产实际中问题的能力，强调理论、分析设计方法、工程应用三者之间的协调，培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的人才

二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标课程目标理解过程控制系统的组成及其工作原理，掌握工业自动化装置和控制系统的有关1:基础知识，能建立简单被控过程的数学模型课程目标能够对过程控制系统的各组成部分进行必要系统分析，并根据生产工艺特点合2理选择过程检测仪表和变送器、执行器、控制器过程控制系统核心组成部分课程目标具备从事工业过程控制系统方案设计、仪表选型、校验、调试、参数整定等工3作的专业知识和能力，能对简单过程控制系统进行综合设计，能初步对复杂控制系统进行分析设计课程目标具有坚定正确的政治方向，具有为国家富强昌盛而努力奋斗的坚强意志;形成4良好的劳动习惯，能适应工业过程控制场合复杂、艰巨的劳动强度和恶劣的劳动环境;具有严谨的科学态度和现代社会的竞争意识、环境保护意识、价值效益意识、求实创新意识等专业素质三课程目标与毕业要求《过程控制系统》课程教学目标对自动化和自动化（专升本）毕业要求的支撑见表表11课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度工程知识能将数学、自能够将自然科学、工课程目标理解过程控制系统的L

1.41然科学、工程基础和专业程基础、专业知识和数组成及其工作原理，掌握工业自动知识应用于解决自动化控学模型方法应用于自动化装置和控制系统的有关基础知H制领域的复杂工程问题控制领域复杂工程问题识，能建立简单被控过程的数学模解决方案的比较与综型合.问题分析能应用数能够运用所掌握的课程目标能够对过程控制系统

22.22学、自然科学和工程科学科学原理和数学模型的的各组成部分进行必要系统分析，的基本原理，识别、表达、方法，表达出复杂工程并根据生产工艺特点合理选择过并通过文献研究分析自动问题中各环节和参数之程检测仪表和变送器、执行器、控控制领域中复杂工程问间内在联系或关系制器过程控制系统核心组成部分题，以获得有效结论课程目标具备从事工业过程控3H制系统方案设计、仪表选型、校验、调试、参数整定等工作的专业知识和能力，能对简单过程控制系统进行综合设计，能初步对复杂控制系统进行分析设计

4.研究能够基于科学原

4.2能够基于科学原理课程目标4具有坚定正确的政治理并采用科学方法对自动并采用科学方法对自动方向，具有为国家富强昌盛而努力控制领域的复杂工程问题控制领域相关的复杂工奋斗的坚强意志；形成良好的劳动进行研究，包括设计实验、程问题选择研究路线，习惯，能适应工业过程控制场合复分析与解释数据、并通过设计实验方案杂、艰巨的劳动强度和恶劣的劳动M信息综合得到合理有效的结论环境；具有严谨的科学态度和现代社会的竞争意识、环境保护意识、价值效益意识、求实创新意识等专业素质注表中（高”（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度四教学内容、基本要求“H M与学时分配.理论部分1理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2表教学内容、基本要求与学时分配2理论实验对应的课程教学内容教学要求，教学重点难点学时学时目标L绪论教学要求理解过程控制的基本概念；掌握过程控制的要求与

1.1过程控制系统的组成、分类、性能指标；了任务解过程控制系统的特点与发展概况重点过程控制系统的

1.2过程控制的基本概念、控制系统的组成与特组成与特点点、2014过程控制系统的

1.3难点过程控制系统的性能指标性能指标过程控制系统的

1.4设计过程控制的发展

1.5与趋势

2.被控过程的数学模教学要求理解并掌握被控过程的动态特性、型数学模型的表达形式；掌握单容对象建模方过程模型概述

2.1法,掌握用测试法建模的两种方法，掌握多

2.2机理建模法容对象的传递函数；了解建模的基本要求和测试建模法非线性环节的处理方法和阶跃响应的获取方

2.

3、法4214重点对象的动态特性、典型过程的数学模型，单容对象的几种建模方法、用测试法建模的两种方法难点典型过程的数学模型，非线性环节的处理，阶跃响应的获取.过程参数检测仪表教学要求理解测量误差；理解并掌握仪表3及变送器的基本技术指标；掌握温度变送、湿度变送、压力变送、流量变送、物位变送重点仪测量误差与仪表

3.1的基本技术指标表的基本技术指标，温度变送、湿度变送、压力变送、流量变送

401、

2、3温度检测及变送

3.2难点物位变送湿度检测及变送

3.3压力检测及变送

3.4流量检测及变送

3.5物位检测及变送

3.6执行器

4.教学要求理解气动调节阀的结构；理解并

4.1气动调节阀的结掌握气动调节阀的四种结构特性、工作流量构特性、气动调节阀气开、气关与流开、流闭调节阀结构特性的组合；掌握调节阀的气开、气关选择方法；

4.2与流量特性了解调节阀的理想流量特性

601、

2、3气动调节阀的选重点气动调节阀的结构，气动调节阀的工

4.3型作流量特性，调节阀的气开、气关选择难点气动调节阀气开、气关与流开、流闭的组合，调节阀的气开、气关选择控制器教学要求理解控制、数字控制器的特

5.PID比例枳分微分点；理解并掌握三种常用反馈控制规律的原

5.1控制理及特点；掌握控制器的选取及参数整PID PID

5.2DDZ-III控制器定方法；理解数字式PID控制算法及其改进算法；了解乙控制器和可编程DD niKMM数字控制器

5.3调节器的功能、特点及使用重点积分参

601、

2、3可编程调

5.4KMM数对调节规律的影响、控制规律及PID PID节器功能模块及编程参数对系统调节过程的影响、数字的改PID方法进算法难点比例度的意义、积分饱和现象、微分的作用、采样周期对控制规律的影响.单回路控制系统设教学要求掌握控制系统的组成，了解离散6计控制系统的组成；理解并熟练掌握被控变量、、84234的选择、检测仪表的选择和控制器的选型；简单控制系统的分

6.1理解并掌握动态特性参数法，理解析简单控制系统的稳定边界法、衰减曲线法和等效控制器；了

6.2设计解控制系统投运方法简单控制系统的重点控制系统的组成、控制器的选型、动

6.3整定态特性参数法、控制系统投运难点控制器正反作用的确定、等效调节器简单控制系统的

6.4和广义对象的确定投运

7.复杂控制系统设计教学要求:掌握串级控制系统的基本原理、结复杂控制系统设计构、特点及工作过程；掌握副回路的选择方串级控制系统分法和投运步骤，理解主副工作频率的选择和

7.1析主副控制器的选择方法；理解补偿控制和前馈过程控制系统的原理、方法及特点，掌握前馈控制系统

7.2前馈、反馈控制系统；了解大滞后控制系统大滞后过程控制

7.362的原理、方法及特点系统重点串级控制系统工作过程、串级控制系统性能分析、副回路的选择，前馈反馈控制系统难点串级控制系统工作过程、动态特性、副回路的选择，不变性原理

8.特殊控制系统设计教学要求理解比值控制、均匀控制、分程比值控制系统控制和选择性控制的概念；理解单闭环比值

8.1控制系统、双闭环比值控制系统、变比值比均匀控制系统

8.2值控制系统；掌握比值控制系统的设计、比分程控制系统

8.3值控制系统的实施，了解均匀控制系统的设选择性控制系统

8.

44、034计，掌握分程控制系统和选择性控制系统的类型重点比值控制系统的设计、比值系数的计算、分程控制系统的设计难点变比值控制系统的设计合计

408.实验部分2实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3表实验项目、实验内容与学时3对应的课程实验项目实验内容和要求实验学时目标实验内容测定双容水箱的数学模型实验要求掌握双容水箱特性的阶跃响应曲.双容水箱液位特性1线测试方法，根据由实验测得双容液位的阶、212测试实验跃响应曲线，确定其特征参数、、K T1T2及传递函数实验内容实现对双容水箱下水箱液位定值控制.双容水箱液位定值2实验要求研究调节器相关参数的改变对系、223控制实验统动态性能的影响，定性研究、和P PIP1D调节器的参数对系统性能的影响实验内容实现对锅炉内胆水温的定值控制•锅炉内胆水温定值3实验要求掌握单回路温度控制系统的组成

23、4控制系统实验与工作原理研究、、和四种P PIPD PID调节器分别对温度系统的控制作用实验内容实现对三容水箱下水箱液位的串级控制,水箱液位串级控制4实验要求理解水箱液位串级控制系统组成

23、4实验原理；掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法合计8

五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养通过本课程学习使学生理解工业过程控制系统的结构和组成，掌握工业自动化装置和控制系统的有关专业基础知识;使学生具备从事工业过程控制系统方案设计、仪表选型、校验、调试、参数整定等工作的专业知识和能力在实验教学环节中，采用教师讲授和学生动手操作的方法，通过启发式教学、讨论式教学进一步培养学生过程控制系统分析设计的基本理论、基本知识和基本技能培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器;实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告六课程资源教材L彭秀艳，韩云涛，梁洪.《工业过程控制》.北京:高等教育出版社.

2019..参考书2薄翠梅,过程控制北京:机械工业出版社.1[M].

2020.2利昂・乌尔巴斯.过程控制系统工程[M]•北京:机械工业出版社.

2018.齐卫红.过程控制系统第版北京吨子工业出版社.33[M].

2018.贺代芳.过程控制技术.北京:机械工业出版社4[M].

2019.鲁照权.过程控制系统.北京:机械工业出版社.5[M]

2018..期刊3王启航.基于对角优势补偿阵的过程多变量控制系统设计.化工学报.1PID[J]20183:69-

72.张亚军.一类非线性离散时间动态系统的交替辨识算法及应用自动化学报.2[J].20181:43-

45.葛亚明,基于的过程控制实验系统设计.实验技术与管理.3LabVIEW[J]20194:32-

35.柴天佑.复杂工业过程运行优化与反馈控制.自动化学报4[J].201311:39-

42.岳向波.石化项目过程控制要点和思路当代化工研究5[J],.20224:180-

182.6Mingjie He;Weiye Li;Jun Peng;Jiangtao Yang.Multi-layer QuasiThree-dimensionalEquivalent Modelof Axial-Flux PermanentMagnet SynchronousMachine.CES Transactionson ElectricalMachinesand Systems[J].,2021Control Engineering.202112:278-

281..网络资源4中国自动化网.

1.中国大学慕课.工业过程控制2MOOC HRBEU-

1002529018.

七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4表课程考核对课程目标的支撑4考核环课程目标占考核/评价细则节比2341课1根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，V V V堂满分100分4表2以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例1111现计入课程总评成绩根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质1V V V V量单独评分，满分分；100实2每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作12验为此环节的最终成绩2352以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入3过程课程总评成绩性主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌1考V V握程度，满分分；核100作每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此212业环节的最终成绩2451以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入3课程总评成绩期VVV学期期中进行一次期中测试，满分分1100中12以测试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入2测2451课程总评成绩试卷面成绩分，以卷面成绩乘以其在总评成绩1100VV中所占的比例计入课程总评成绩主要考核过程控制系统的组成及其工作原理，过2期末考程对象建模，测量变送器、执行器和控制器的选用，60核单回路控制系统的分析设计，负责控制系统的分析1515255考试题型为选择题、填空题、判断题、分析计3算题和设计题等合计分10022274110

八、考核与成绩评定考核方式及成绩评定

1.考核方式本课程主要以课堂表现、实验、作业、期中考试、期末考试等方式对学生进行考核评价考核基本要求考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成其中期末试卷成绩为分（权重）试题类型为填空题、选择题、判断题、简答题、计算题、分析题和设计题等10060%,类型中的五种，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过综合应用题、分50%,析题不低于；课堂表现、实验、作业、期中测试等过程性考核成绩为分（权重）；50%10040%过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例过程性考核成绩的标准

2.过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5表过程性考核方式评价标准5所占比100x^9090xN8080x27070x260考核方式x60重（%）笔记完整，积笔记完整，认笔记不完整，上课不认上课不认真，极参与教学活真参与教学偶尔参与教真，上课不上课不记笔动,踊跃回答活动，回答问学活动，回答记笔记，偶记，不参与教课堂表现10问题，准确率题准确率大问题准确率尔参与教学学活动大于90%o于80%o大于70%活动0作业完整，思作业完整，准不交作业次不交作业不交作业次245路清晰，准确确率大于以内，准确率次以内，准以上，准确率作业30率大于90%,字80%,字迹工大于70%.确率大于小于60%o迹工整整60%.实验预习认实验前有预实验前有预实验前有预没有预习，不真，能够熟练习，能够掌握习，基本能够习，不能掌能完成实验；掌握方法与步方法与步骤，掌握方法与握方法与步实验操作步骤骤,实验操作实验操作过步骤，实验操骤，实验操有误；实验结过程熟练、规程正确、规作过程基本作过程基本果不正确，没实验30范,遵规守纪、范，遵规守正确、无协正确，无协有分析讨论团结协作，实纪、团结协作，实验结果作，实验结验结果详实、作，实验结果基本正确，讨果基本正结论清晰、讨正确、讨论适论一般确，无讨论论合理当期中测试30参照期中测试成绩。