《过程控制专业实验》教学大纲（本科）.docx

过程控制专业实验教学大纲注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。课程英 文名Process Control Experiment课程代码01M0069学分2总学时32课程 类别专业课课程性质限选先修 课程检测技术、过程基础、仪表与装置、过程控制、自动控制原理、专业基础实验适用 专业自动化、测控类专业开课学 院机电工程学院执笔人审定人制定时 IHJ2020年11月一、课程地位与课程目标(-)课程地位过程控制专业实验是自动化专业必修、独立设课实践课程。本课程的目的是培养学 生分析设计实际典型过程控制系统。通过该课程的学习，使学生熟悉常用液位、温度、流量 测量变送器、执行器、控制仪表，熟练掌握典型模拟液位、流量、温度对象测试法数学建模， 熟练掌握单回路过程控制系统分析设计，掌握PID参数整定，掌握串级、比值、前馈反馈 复杂过程控制系统的设计。为今后过程控制系统课程设计、毕业实习和就业打下基础。学生通过本课程的学习，可对工业典型对象特性进行分析，建立对象的数学模型，能够 选择合适的仪表，搭建单回路或复杂过程控制系统，具备初步过程控制系统设计能力。培养 学生团结协作精神，增加沟通能力，同时熟悉工程设计标准和要求，初步掌握工程设计伦理 规范。(二)课程目标1 .熟悉液位、流量、温度对象，熟悉液位、流量、温度测量变送仪表，熟悉执行仪表包 括调节阀、变频器、移相调压模块，熟悉智能调节仪表及参数含义，掌握各个仪表之间的信 号连接关系；具有自主选择合适仪表的能力；2 .具有自主分析工业复杂对象工作机理，掌握液位、流量、温度对象测试法建模，具有 对工业常见对象按照测试法建立数学模型，并对数学模型精度进行分析的能力；3 .熟练掌握搭建液位、流量、温度对象单回路控制系统方法，熟练分析干扰对控制性能 的影响，熟练掌握PID参数整定，具有设计和调试工业常见对象单回路控制系统的能力；4 .熟练掌握搭建串级、比值、前馈反馈复杂控制系统方法，具有针对复杂的工业生产实 际问题，进行常见复杂过程控制系统分析和设计的能力，以及刻苦专研、勇于探索、善于与 他人合作的工作作风。二、课程目标达成的途径与方法过程控制专业实验课程为独立设课实验课程，采用按照设计性实验要求，完成实验 前预习，实验中的数据及时记录，实验后数据分析。通过实验前多媒体教学，分组实验完成 液位、温度、流量模拟对象的测试法建模，单回路控制系统设计及参数整定，复杂控制系统 设计。培养学生自主设计实验方案、进行参数设置、分析控制性能能力，实现提高分析和解 决实际工业对象控制问题的能力。（1）实验前，通过教学提出本次实验基本任务及下次实验预习要求。按照设计性实验 要求，提出本次实验的智能仪表特性测试、建模要求、控制指标等，给出下次实验的预习要 求。（2）实验中，学生之间通过相互协作，相互讨论实施完成实验，提高团队协作能力。 对实验中的数据进行对比分析讨论，对实验结果进行初步判断，提高实验数据理解和分析能 力。通过学生互动或者与教师交流，及时讨论解决实验中问题，提高学生自主学习和解决实 际问题能力。（3）实验后，教师对实验方案和实验数据进行讨论评判，对实验结果进行验收，并给 出一定数量的思考题。加深学生对实验目的的理解。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标毕业要求（支撑程度H、M、L）毕业要求2-4M毕业要求4-4M毕业要求9-2M课程目标1M课程目标2MH课程目标3MH课程目标4H注：1.支撑强度分别填写H、M或L （其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）;2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。四、课程内容及基本要求序号实验项目 名称学时基本要求学生任务实验 性质实验 类别1典型过程控 制系统组成 认识21模拟对象工作原理2各种仪表功能、参数特性3智能调节仪PID参数含义1了解各个模拟对象和执 行器的结构，参数，接线； 2掌握管道连接关系；3掌握智能调节仪PID参 数调节方法演示必做2液位被控对 象特性测试31单容水箱液位、双容水箱 液位阶跃响应测试法建模2液位阶跃响应曲线参数辨 识方法1接线，做单容水箱阶跃 响应曲线，对曲线进行模 型识别，进行模型精度分 析；2做双容水箱阶跃响应 曲线，对曲线进行模型识设计必做别，进行模型精度分析3温度被控对 象特性测试31单容锅炉内胆温度对象阶 跃响应测试法建模2矩形脉冲响应曲线测试、 曲线转换及参数辨识方法1接线，做内胆温度矩形 脉冲相应曲线；2转换成 阶跃响应曲线；3对曲线进 行模型识别，进行模型精 度分析设计必做4单回路液位 控制系统实 验31单回路单容水槽、双容或 三容水槽液位控制系统结 构与组成2单容水槽、双容或三容水 槽液位系统特点和设计方 法3单容水槽、双容或三容水 槽液位系统调节器参数整 定方法1接线,整定单容水槽PID 参数，使得输出为4:1衰减 震荡曲线；2整定双容水 槽PID参数，使得输出为 4:1衰减震荡曲线设计必做5单回路流量 控制系统实 验31单回路流量控制系统结构 与组成2流量对象阶跃响应测试法 建模，参数辨识方法3单回路流量系统特点和设 计方法4单回路流量系统调节器参 数整定方法1接线，做流量对象阶跃 响应曲线；2对曲线进行模 型识别，进行模型精度分 析;3整定流量对象PID参 数，使得输出为4:1衰减震 荡曲线设计必做6单回路温度 控制系统实 验31单回路内胆温度控制系统 结构与组成2单回路内胆或夹套温度系 统特点和设计方法3单回路内胆或夹套温度系 统调节器参数整定方法1接线，安排管路，内胆 打水到指定液位；2整定单 容温度PID参数，使得输 出为4:1衰减震荡曲线设计必做7通道特性对 控制质量影 响研究31控制通道特性、扰动通道 特性对控制质量影响2不同扰动位置对控制质量 的影响1接线，按照双容液位对 象；2做第一次干扰对输 出影响曲线；3做第二次 干扰对输出影响曲线；4 掌握干扰位置不同对输出 曲线影响综合必做8串级控制系 统设计实验31串级控制系统的结构与特 点2串级控制系统的投运与参 数的整定方法3扰动分别作用于副对象和 主对象时对系统主控制量 的影响1接线，整定主副调节器 PID参数;2做一次干扰对 输出曲线；3做二次干扰 对输出曲线；4掌握串级 控制PID参数整定方法；5 理解干扰位置不同对输出 曲线影响设计必做9比值控制系 统设计实验31单、双闭环比值控制系统 的原理与结构组成2仪表比值系数的计算3双闭环比值控制与单闭环 比值控制选择1接线，计算得到从动量 流量，仪表比值系数；2做 单闭环比例控制输出曲 线；3做双闭环比值控制 输出曲线；4计算比较单 闭环、双闭环控制不同特 点设计必做10滞后控制系 统设计实验31传输纯滞后的形成2对系统温度、流量系统动 态性能的影响3纯滞后温度、流量控制系 统PID调节器的参数整定方 法1接线，连接盘管+锅炉内 胆作为对象；2做阶跃响应 曲线，参数识别得到数学 模型；3整定PID参数，得 到4:1控制输出曲线；4比 较掌握纯滞后对象控制特 点设计必做11前馈反馈控 制系统设计 实验31前馈-反馈控制系统的原 理与结构2前馈补偿器的设计与调试 方法3前馈-反馈控制系统参数 的整定与投运1做单容水箱闭环控制曲 线；2做干扰下输出曲线； 3整定静态前馈控制系数； 4做前馈反馈控制输出曲 线；5掌握前馈反馈控制 特点设计必做五、考核方式及成绩评定表1考核方式及成绩评定表考核内容考核方式评定标准占总成绩比例过程考核实验签到，以点验实验到课 情况。学生课程 平时成绩 考核细则没到课该次实验成绩为0实验操作，考核实验中相互 协作中，对实验熟练程度和 实验贡献率进行评分。实验指导书20%实验报告成绩，集中考核在 各实验中的实验方案、参数 设置、数据处理上的掌握程 度。实验指导书40%期末考核考查成绩，考核对实验目的， 实验数据分析及思考题的理 解分析程度。以实验报告形 式，验证对实验方案、参数 设置、数据处理上的正确性。试卷参考 答案和评 分标准40%考核类别考查成绩登记方式百分制表2课程目标考核环节和达成标准课程目标教学 环节考核环节合格 标准课程目标1讲授， 实验实验操作成绩A0.6实验报告成绩B期末考试成绩C1目标达成度二(0.2 x+ 0.4 x + 0.4 x x4B°Cl0 N°课程目标2讲授， 实验实验操作成绩A0.6实验报告成绩B期末考试成绩C2目标达成度二(0.2xy+0.4x-+0.4x-)x-4B。C20 N0课程目标3讲授， 实验实验操作成绩A0.6实验报告成绩B期末考试成绩C3,C c4 1cdBedC3、N(0.2 x + 0.4 x + 0.4 x ) x、'AoBoC30yNo目标达成度二课程目标4讲授， 实验实验操作成绩A0.6实验报告成绩B期末考试成绩C4目标达成度二(0.2x + 0.4X + 0.4x)x AB。C40 N。注：试卷中，课程目标1总分Clo,课程目标2总分C2o,课程目标3总分C3o,课程目标4总分C4o；试卷中，学生实际获得的课程目标1分数C1 ,课程目标2分数C2,课程目标3分数C3,课程目标4 分数C4；No到课总次数，N实际到课次数，Ao为实验操作总分，Bo为实验报告总分。六、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：过程控制设计性专业实验指导书，自动化教研室自编。（二）主要参考书：邵裕森，戴先中编，过程控制工程，机械工业出版社，2008年第2版李国勇 编著，过程控制工程，电子工业出版社，2012年第2版金以慧 主编，过程控制，清华大学出版社，2006年姚铭 编，过程控制实验教程，厦门大学出版社，2008