过程控制工程实验教学大纲.pdf

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1、1/5 课程编号：0701103 课程名称：化工过程控制工程 总学时：48 Process-ControlEngineer 总学分：3 课程性质：本课程是生产过程自动化专业的一门重要的专业课。开设学期学时分配：第七学期,48 学时 适用专业及层次：自动化、测控技术等工科本、专科 先行、后继课程情况：先行课化工原理、控制原理、自动控制装置 后继课 无紧密相关课程 参考书：化工过程控制工程 祝和运 XX 大学 过程控制工程 蒋尉孙 华东理工大学 过程控制 金以慧 清华大学 CONTROL SYSTEM DESIGN Graham C.Goodwm 清华大学 一、课程的目的与要求：本课程是自动化专业

2、的一门重要的专业课 通过学习使学生能够运用控制理论，结合工艺过程机理和控制装置(仪表和计算机)的硬件与软件知识，进行生产过程控制系统的分析、设计、运行和开发工作。使学生在科研能力、设计能力和工程实际处理能力等方面受到初步而严格的训练。使学生掌握化工过程控制的基本分析方法、设计方法和研究方法，具有独立的分析问题和解决问题的能力。同时，本课程不仅担负着培养过程控制工程师的基本训练任务，而且为新技术的开发和应用打下必要的工程理论基础。二、课程内容及学时分配：上篇 过程控制系统 第一章 简单控制系统 （12 学时）（一）单回路系统的结构组成及控制指标 单回路系统的典型结构，单回路系统的控制指标。（二）

3、过程特性与动态模型建立 过程特性的类型，K、T、对控制指标的影响，过程动态机理模型的列2/5 写方法 过程动态机理模型建立的辨识方法。（三）测量、变送装置对控制系统的影响及选择 测量信号性能，测量信号传送滞后影响与克服。（四）调节阀的选用 气动调节阀的结构，调节阀的流量系数，调节阀的流量特性，气动调节阀的选型。（五）连续 P、I、D 控制及其调节过程 基本概念，比例调节，积分调节，比例积分调节，比例积分微分调节。（六）单回路系统的投运和整定 控制系统的投运，控制系统的工程整定方法。本章应着重讲、并使学生掌握组成单回路控制系统的四个环 节的特性参数对控制质量的影响及其设计原则。为培养学生的自学能

4、力，调节器调节规律对调节质量的影响及选择可让学生自学。单回路控制系统调节器的参数整定及投运可以在实验中解决，以培养学生的动手实践能力。第二章 复杂控制系统 (16 学时)（一）串级控制系统 串级控制系统的基本原理及结构，串级控制系统的特点分 析，串级控制系统设计和实施中的几个问题（二）均匀控制系统 均匀控制系统的基本原理及结构，均匀控制系统的控制方 案，均匀控制系统的理论分析。（三）比值控制系统 比值控制系统的基本原理及结构，比值系数的计算，比值控 制方案的实施，比值控制系统的投运及整定，比值控制系统的其他问题。（四）前馈控制系统 前馈控制系统的基本原理及结构，前馈控制规律的实施，前 馈控制系

5、统的应用，前馈控制系统的参数整定（五）选择控制系统 选择性控制系统的基本原理及结构，选择性控制系统的类型 及应用，选择性控制系统的设计，积分饱和的产生及其防止。（六）分程及阀位控制系统 分程控制系统的基本原理及结构，分程控制系统的应用场合，分程系统的工程应用，阀位控制系统的应用，阀位控制系统的设计及整定。3/5 通过本章学习培养学生对复杂控制系统的分析、设计能力，使 学生具有对复杂控制系统的方案实施，系统的投运及参数整定的实践能力。第三章 新型控制系统 （*2 学时选学）（一）纯滞后补偿控制系统 纯滞后补偿原理，纯滞后补偿控制的效果，史密斯补偿的实现。（二）按计算指标及推断控制系统 按计算指标

6、的控制系统，推断控制系统。（三）解耦控制系统 解耦控制系统，关联系统解耦条件，解耦控制应用实例。（四）按 Z 变换设计的控制系统 最小拍控制算法，大林（Dahlin）控制算法，采样控制系统。（五）预测控制系统 模型算法控制（MAC），动态矩阵控制。本章要求学生了解高级控制系统的一些基本知识。可选学。第四章 非线性控制系统 （*2 学时选学）（一）线性过程的非线性控制 液位的非线性控制，线性过程的其他非线性控制。（二）非线性过程的非线性控制 PH 控制过程的非线性控制，反应器的非线性控制（三）位式控制 位式控制的改进及其发展，Bang-Bang 控制。本章要求学生了解高级控制系统的一些基本知识。

7、可选学 下篇 过程控制工程 第五章 流体输送设备的控制 （2 学时）了解流体输送设备控制的任务、要求、特点。理解泵及离心式压缩机控制方案泵的管路静特性，离心泵的控制方 案，离心式压缩机的特点及控制方案。掌握离心式压缩机的防喘振控制，离心式压缩机特性曲线与喘 振特性，造成离心式压缩机喘振的诸因素，离心式压缩机防振控制方案的分析，固定和可变极限流量控制方案举例。4/5 第六章 传热设备的控制 （2 学时）换热器的控制 了解传热过程的基本原理，理解换热器静态特性及动态特性分析，掌握换热器常见的各种控制方案的比较及设计。锅炉设备的控制 了解锅炉设备的工艺机理，掌握锅炉汽包三冲量控制系统、燃烧系统，炉膛

8、负压系统设计及方案分析。第七章 精馏塔的控制 （2 时）了解精镏塔工艺生产机理，理解精镏塔控制中的干扰分析和被控参数选择 掌握常见的精镏塔常规控制方案设计 理解选择性控制系统在精镏塔控制中具体应用 了解建立动态模型的两条途径，理解双组分精镏塔动态模型的建立方法 掌握精镏塔新型控制方案（温差、双温差、热焓、内回流和解耦、预估控制等）第八章 化学反应器的控制 （2 学时）了解化学反应器的数学模型建立的一般方法 理解反应器的热稳定性，开环不稳定、闭环稳定的条件。掌握绝热反应器、聚合反应器、连续反应器控制方案的分析及设计原则 本篇通过学习使学生了解化工典型操作单元的控制要求及其静、动态特性，达到结合控

9、制理论、工艺机理、及工艺要求指标等方面去综合、设计不同的控制方案。三、说明：本课程一般应安排在化学工程、控制原理讲完后，即第七学期开设。本课程与控制原理课密切相关，但应突出本课程的工程特点，不必过多 讨论各种分析方法，应深入讨论系统工程设计中的原理性设计方法。本课程与测量仪表 调节仪表 微机原理等课程密切相连，它们均为控制系统的工具，使系统的硬件，这里只讨论硬件系统中各环节的地位和具体作用，其硬件原理属于仪表课讨论 X 围。本课程与化学工程课也有密切关系，它将在化学工程知识的基础上，从工艺机理出发为建立各类不同控制系统的动态模型打下基础。本课程与过程计算机控制技术关系是本课程重点讲授过程系统控

10、制方案5/5 和以常规仪表实施的技术问题，对于计算机为工具实施的技术问题由另设课程解决。四、实验教学：本实验教学的目的在于：验证、巩固和加深课堂加讲授的基本理论，培养学生掌握控制系统的最基本的实验方法、操作能力、测试技能，养成学生踏实、细致、严肃、认真的科学作风。通过实验室学生对控制系统的分析、设计、参数整定即系统投运的实践能力得到培养。要求每个学生在实验前进行预习。并对控制系统中所采用的仪表要熟悉基本原理、性能、掌握其使用方法。要求学生能够正确纪录处理实验数据，分析判断实验结果，写出完整正规的实验报告。列为学生必做的基本实验有：1 控制系统各环节特性的测试实验 2 干扰进入不同位置时各通道动

11、态特性的测试实验 3 单回路反馈控制系统的参数整定和投运 4 串级控制系统的参数整定和投运 5 单回路和串级控制系统调节质量的比较 6 比值控制系统的分析与研究 7 前馈控制系统的分析与研究 8 解耦控制系统的分析与比较 实验课时数为 8 学时，其安排可在相应的章节讲完后开出，也可集中进行，应根据实际情况自行决定。过程控制工程课程教学计划 课程名称 学时数/周数 开设学期 备注 控制工程 课堂教学 40 学时 第七学期 1-10 周 控制工程 实验教学 8 学时 第七学期 11-13 周 控制工程 课程设计 2 周 第七学期 20-21 周 控制工程 综合实验 1 周 第七学期 22 周 控制工程 生产实习 3 周 第八学期 1-3 周