自動(dòng)化儀表與過程控制課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE - 6 -本科生課程大綱課程名稱自動(dòng)化儀表與過程控制Automatic Instruments and Process Control Systems 課程代碼082303101204課程屬性專業(yè)知識課時(shí)/學(xué)分54/3課程性質(zhì)必修實(shí)踐學(xué)時(shí)12責(zé)任教師 課外學(xué)時(shí)30課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識教育/學(xué)科基礎(chǔ)/專業(yè)知識/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修課程介紹課程描述： 自動(dòng)化儀表與過程控制是自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。本課程包括自動(dòng)化儀表和過程控制系統(tǒng)兩個(gè)部分，自動(dòng)化儀表是研究自動(dòng)化儀表的理論、分析設(shè)計(jì)和應(yīng)用的一門應(yīng)用技術(shù)課程，是構(gòu)成過程控制系統(tǒng)的重要組成單元，是學(xué)習(xí)和研究過程控

2、制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。自動(dòng)化儀表部分主要內(nèi)容包括變送器、控制器、執(zhí)行器等。過程控制是控制理論在工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要應(yīng)用，它以控制理論為基礎(chǔ)，研究過程控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)及參數(shù)整定方法。主要介紹單回路控制、復(fù)雜控制、先進(jìn)控制、集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、典型設(shè)備及典型工業(yè)過程控制等。2.設(shè)計(jì)思路：本課程的核心教學(xué)內(nèi)容依照教育部自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的相關(guān)要求而制定。教學(xué)環(huán)節(jié)分為理論教學(xué)、課下作業(yè)和課程實(shí)驗(yàn)三個(gè)環(huán)節(jié)。在理論教學(xué)中注重基本理論和方法的深度分析；注重緊密聯(lián)系先修課程，增強(qiáng)學(xué)生對自動(dòng)化課程體系的理解，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀；注重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，能夠從工程需要的角度看待自動(dòng)化儀表和過程控制中的

3、技術(shù)與發(fā)展趨勢。 理論教學(xué)：理論教學(xué)以講授為主，輔助以電子教案和多媒體課件，重點(diǎn)講授自動(dòng)化儀表和過程控制系統(tǒng)的基本理論和方法。 課下作業(yè)：課下作業(yè)包括對理論教學(xué)內(nèi)容的基本練習(xí)，查閱資料了解最新的發(fā)展方向和趨勢，仿真分析與設(shè)計(jì)。其中仿真分析與設(shè)計(jì)，也作為課程實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作。 課程實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括儀表校準(zhǔn)、單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。以分組方式開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)包括實(shí)驗(yàn)理論分析設(shè)計(jì)、實(shí)際操作、數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3. 課程與其他課程的關(guān)系：過程控制與運(yùn)動(dòng)控制是自動(dòng)化專業(yè)兩大方向，本課程對應(yīng)過程控制方向，另一門平行設(shè)置的專業(yè)核心課程電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)對應(yīng)運(yùn)

4、動(dòng)控制方向。這兩門課程是自動(dòng)化專業(yè)課程體系中屬于系統(tǒng)級的課程。本課程所涉及的內(nèi)容，幾乎覆蓋到此前所學(xué)的所有專業(yè)課程，其中檢測技術(shù)與海洋智能儀器課程中的檢測技術(shù)部分，特別是溫度、壓力檢測的原理和方法，是自動(dòng)化儀表課程的基礎(chǔ)。自動(dòng)控制原理作為過程控制系統(tǒng)部分的理論基礎(chǔ)。此外，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)基礎(chǔ)、微機(jī)原理及接口技術(shù)、C+程序設(shè)計(jì)等課程內(nèi)容均有不同程度涉及。與本課程平行開設(shè)的相關(guān)課程還有選修課現(xiàn)場總線技術(shù)，后置課程包括必修課計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，以及選修課程系統(tǒng)辨識、智能控制。二、課程目標(biāo)學(xué)生將系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程控制系統(tǒng)、自動(dòng)化儀表的原理、基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)與分析方法。能夠用系統(tǒng)的

5、觀點(diǎn)研究過程控制系統(tǒng)，能夠?qū)ψ詣?dòng)化專業(yè)課程體系的設(shè)置有更為系統(tǒng)的認(rèn)識和理解；掌握過程控制領(lǐng)域所必須的工藝方法和工藝裝備等知識，以及過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理論和方法；學(xué)生能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、自動(dòng)控制原理的知識，對過程控制系統(tǒng)的典型對象進(jìn)行建模，具有過程控制系統(tǒng)具有工藝分析、控制方案設(shè)計(jì)、仿真的能力；學(xué)生能綜合運(yùn)用檢測技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機(jī)原理及接口技術(shù)的相關(guān)知識，研究自動(dòng)化儀表的基本原理、結(jié)構(gòu)。對自動(dòng)化儀表產(chǎn)品有一定了解，具有自動(dòng)化儀表選型的基本知識和能力；能夠運(yùn)用Matlab進(jìn)行過程控制系統(tǒng)的仿真、分析與設(shè)計(jì)，能夠運(yùn)用Multisim對自動(dòng)化儀表電路進(jìn)行仿真、分析與設(shè)計(jì)；通過課

6、程實(shí)驗(yàn)，掌握過程控制工程試驗(yàn)相關(guān)設(shè)計(jì)、檢測、數(shù)據(jù)分析的基本原理和方法，具有過程控制系統(tǒng)工藝分析、性能測試及測試數(shù)據(jù)分析、處理的基本技能，具有良好的團(tuán)隊(duì)合作意識；針對過程控制中的新工藝、新技術(shù)，具有工藝分析、控制方案設(shè)計(jì)、仿真、控制、檢測和應(yīng)用研究能力；了解過程控制系統(tǒng)和自動(dòng)化儀表的發(fā)展過程，了解最新的技術(shù)和發(fā)展趨勢，了解其在國民經(jīng)濟(jì)中的作用和地位。三、學(xué)習(xí)要求課前要求預(yù)習(xí)，完成基本的預(yù)習(xí)作業(yè)；按時(shí)上課,上課認(rèn)真聽講，積極參與課堂討論。本課程將包含較多的課下作業(yè)。保質(zhì)保量的按時(shí)完成課下作業(yè)，作業(yè)需要提交，只有在作業(yè)中才能夠不斷掌握所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行，并要求撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并進(jìn)行分組答辯

7、。四、教學(xué)進(jìn)度序號專題或主題計(jì)劃課時(shí)主要內(nèi)容概述實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容或課外練習(xí)等1過程控制系統(tǒng)概述1過程控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)與地位；過程控制系統(tǒng)的分類及性能指標(biāo)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展。課外閱讀 2過程檢測儀表1檢測儀表的基本組成及工作方式過程檢測儀表的基本性能指標(biāo)5溫度變送器及其選型4壓力變送器及其選型液位變送器校準(zhǔn)2流量變送器及其選型物位變送器及其選型成分分析儀表3過程執(zhí)行器與防爆柵2過程執(zhí)行器變頻器防爆柵調(diào)節(jié)閥流量特性測試變頻器使用4PID控制算法及實(shí)現(xiàn)技術(shù)2基本PID控制算法各種變形的PID控制算法2PID控制算法的時(shí)域、頻域分析PID控制算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)技術(shù)PID控制算法的工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)5單回路控制系

8、統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)節(jié)器參數(shù)整定2單回路控制系統(tǒng)概述典型對象動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述及實(shí)驗(yàn)測定對象動(dòng)特性對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響2調(diào)節(jié)規(guī)律對系統(tǒng)閉環(huán)性能的影響及其選擇2PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法工業(yè)過程常見回路的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)2單回路可編程調(diào)節(jié)器6復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)2串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)單容水箱液位控制（單閉環(huán)、串級、復(fù)合控制）2前饋控制系統(tǒng)1比值控制系統(tǒng)7先進(jìn)控制系統(tǒng)2解耦控制系統(tǒng)2時(shí)滯補(bǔ)償控制2自適應(yīng)控制8集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)2集散控制系統(tǒng)概述現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概述9典型工業(yè)過程控制2能源工業(yè)鍋爐設(shè)備的控制五、參考教材與主要參考書鄭輯光,韓九強(qiáng),楊清宇.過程控制系統(tǒng), 清華大學(xué)出版社,2012.廉迎戰(zhàn), 林德杰. 過程控

9、制儀表及控制系統(tǒng)(第3版)，機(jī)械工業(yè)出版社，2016.吳勤勤.控制儀表及裝置(第三版)，化學(xué)工業(yè)出版社，2009.Curtis D. Johnson. HYPERLINK 0/opac/openlink.php?title=Process+control+instrumentation+technology+%3D Process control instrumentation technology (8th Ed) (過程控制儀表技術(shù) 第八版)，Pearson Education Asia, 2009.黃德先;王京春;金以慧. 過程控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社，2011. HYPERLINK /search/search.asp?key1=G%2EG%2EShinskey t _blank G.G.Shinskey著 蕭德云、呂伯明譯.過程控制系統(tǒng)應(yīng)用、設(shè)計(jì)與整定（第3版）, 清華大學(xué)出版社 2005.胡壽松，自動(dòng)控制原理(第6版)，科學(xué)出版社，2005.六、成績評定（一）考核方式 A ：A.閉卷考試 B.開卷考試 C.論文 D.考查 E.其他（二）成績綜合評分體系： 成績綜合評分體系比例%1.課下作業(yè)、課堂討論及平常表