过程控制标准系统课程教师教学案参考.docx

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过程控制标准系统课程教师教学案参考

（首页）

北方工业大学

课程教案

课程名称

过程控制系统（ProcessControlSystems）

课程性质

专业任选

开课年度

2010年至2011年

开课学期

v秋季春季

授课班级

自动化2007A12

电气2007A1234

主讲教师

李小坚

课程所属学院（部门）

机电学院

课程所属系（教研室）

自动化系

课程第一讲

第1周

日期：

20010-9-14

五教0202

第1章

第一章Introduction

过程控制系统的概述

第1节定义：

过程控制是指对生产过程中的物理参数（主要是温度、压力、流量、液位、浓度、成分等）进行的自动控制。

因而，过程控制是生产过程自动化的重要基础。

第2节过程控制系统性能、特点、应用简介

生产过程的自动控制，一般是要求保持过程进行中的有关参数为一定值或按一定规律变化，显然过程参数的变化，不但受外界条件的影响，它们相互之间，往往也存在着影响。

这就增加了某些参数自动控制的复杂性和困难。

因此，过程控制有如下一些特点。

1、被控对象的多样性，

2、对象存在纯滞后，

3、对象具有非线性，

4、控制系统比较复杂

第3节过程控制系统的发展概况

1，初期阶段：

40’年代

2，仪表阶段：

50’

3，综合自动化：

60-70，集散控制

4，集成化阶段：

80--，多级网络的整体

教学重点:

面临现实世界的真实要求，—控制理论的抽象性—还原为应用

理论与实践结合

教学难点:

对象复杂性，如何满足对物理参数的控制具体方法。

讲授主要内容:

第1节定义：

过程控制是指对生产过程中的物理参数（主要是温度、压力、流量、液位、浓度、成分等）进行的自动控制。

因而，过程控制是生产过程自动化的重要基础。

第2节过程控制系统性能、特点、应用简介

过程控制的特点还可以总结为：

1、被控对象的多样性：

不同的生产过程、不一样的工艺要求、不同的参数及其变化规律，多变量相互关联偶合，相互影响。

2、被控对象的复杂性：

对象的变化规律很难准确描述，只能作近似处理。

不确定因素和干扰的存在，对象及其参数的变动都是很难描述和处理的。

3、对象的滞后、非线性；4、控制系统的复杂性

第3节过程控制系统的发展概况

1，初期阶段：

40’年代2，仪表阶段：

50’3，综合自动化：

60-70，集散控制

4，集成化阶段：

80--，多级网络的整体

1-3、过程控制系统的组成

1，被控对象2，检测元件和变送器3，控制器4，执行器与控制阀

1-4、过程控制系统的类别

各种类型的划分：

按参数划分：

温度、压力、流量、液位、浓度控制

按参任务分：

比值、均匀、前馈、串级等

按规律划分：

比较、PI、PID、补偿控制

按设定值划分：

定值、随动、程序控制

1-5、过程控制系统的品质指标

1，递减比2，动态偏差3，调整时间4，静态偏差。

总体要求：

安全、平稳、准确、快速，经济。

本次课主体教学方式、方法：

总体概貌---方法---实践---总结

布置作业

观察学校开水房锅炉----开水如何从冷水到开水供应---整个过程

哪些变量需要控制?

教学后记

课程第二讲

第1周

日期：

20010-9-16

五教0110

第2章

第二章MeasurementofProcessControlSystem

过程控制系统的检测与控制

第1节BasicRequirements

Thebasicrequirementsforasensorusedinacontrollooparetheabilities:

•toindicatethevaluesofmeasuredvariables

•totransmitthesignalstothecontroller

第2节DifferentSensorsandTransducers

PressureTransducers

LevelMeasurement

FlowMeasurement

TemperatureMeasurement

第3节Dctuators

第4节ControlAction

教学重点:

1各种检测器原理介绍，使用条件

2执行器

3控制器

各个环节的作用

教学难点:

对生产过程物理参数的控制具体方法---构成一个控制回路。

如何一起协调工作

讲授主要内容:

•PressureTransducers：

Manykindsofpressuretransducersarewidelyusedinindustryforpressuremeasurement.themanometerandBourdontubeetcarequitecommon,theyarenotsuitableforcontrolpurposesduetothedifficultiesforsignaltransmission

•LevelMeasurement

•FlowMeasurement

•TemperatureMeasurement

•TheComparator

•TheAdjustmentCalculator

•TheActuator

•PressureControl1

•PressureControl2

•TuningaController

本次课主体教学方式、方法：

总体概貌---各部分功能—构成整体

将第3章有关内容提前介绍

对过程控制系统有个整体认识

布置作业

观察空调是怎样工作的，设想一个温度控制回路---描述各个部件与系统构成

教学后记

课程第三讲

第2周

日期：

20010-9-21

五教0202

第3章

第三章TheModelsofProcessControlSystems

AndtheDynamics

第1节建模的目的

第2节动态建模的作用

第3节HowToBuildtheProcessModels

第4节时域动态建模—总结

分析法---AnalyticApproach

实验法---ExperimentalWay

教学重点:

1时域和频域描述

2建模原则：

相似性原则、对应原则、简化与近似原则

3分析法：

例题冷热水控制

4实验法：

建模经验

教学难点:

对生产过程物理参数的描述方法---构成一个控制回路重要因素。

模型是否必要？

无模型方法如何工作？

讲授主要内容:

1白箱法---分析法---AnalyticApproach

 分析法建立系统数学模型的几个步骤：

•建立物理模型。

•列写原始方程。

利用适当的物理定律—如牛顿定律、基尔霍夫电流和电压定律、能量守恒定律等）

•选定系统的输入量、输出量及状态变量（仅在建立状态模型时要求），消去中间变量，建立适当的输入输出模型或状态空间模型。

2

本次课主体教学方式、方法：

总体概貌---例题、案例

并考虑到国庆节---影响争取不受影响。

--确保课程的完整性

对两种过程控制系统建模方法有认识，会自己建模

布置作业

对水槽系统建模

教学后记

中秋节前一天，到课人数少平常1/2

课程第四讲

第1周

日期：

20010-9-27

五教0202

第2章

第四章DesignandTuningforSimpleProcessControlSystem

过程控制系统的设计与整定

第1节BasicRequirements

Thebasicrequirementsforthedesignofacontrollooparetheabilities:

•stability

•transisionofcontroller

第2节PIDcontroller

第3节TuningofController

教学重点:

1各环节

2执行器

3控制器

PID的作用

教学难点:

对生产过程系统的控制参数具体方法---控制器调整。

参数选取工作，理论与经验法

讲授主要内容:

•PIDController

系统的组成

它是由被控对象、检测元件及变送器、控制器和执行器组成一个闭合回路的反馈控制系统。

控制系统的工程考虑：

就一个生产过程控制工程来说，主要包括：

方案设计、工程设计、工程安装和仪表的单校及系统的联校、控制器的参数整定。

一、比例控制作用对控制质量的影响

二、积分作用对控制质量的影响

三、微分作用对控制质量的影响

四、控制器的工作类型选择

五、控制器的正、反工作方式选择

、控制器的的参数整定

一、参数整定理论基础

二、经验试凑法

三、临界比例度法

四、衰减曲线法

五、响应曲线法

本次课主体教学方式、方法：

总体概貌---各部分功能—构成整体

并考虑到国庆节---影响将第4章有关内容与实验内容一起介绍

对过程控制系统及实验系统认识

布置作业

观察双水槽水位实验系统控制回路---描述各个部件与系统构成

教学后记

课程第五讲

第1周

日期：

20010-9-29

五教0110

第2章

第五章DesignandTuningforCascadeProcessControlSystem

串级控制系统及其整定

第1节BasicRequirements

•Twoloopcontrol

第2节ControllerDesign

第3节TuningofController

教学重点:

1双环调节

2内环

3外环控制器

PID的作用

教学难点:

对过程系统的双环控制参数具体方法--内环-外环控制器调整。

参数选取工作，理论与经验法

讲授主要内容:

1　串级系统整定前要知道，系统整定的目的及所要完成的任务。

整定方法：

　　①逐步逼近法

　　②两步法

　　③一步法

一、逐步逼近法

1、主环断开，把副环看成一个单回路，按单回路整定方法求副调节器的整定参数GC2＇[KC2＇、TI2＇]

2、将副调节器的参数置于GC2＇数值上。

再将主回路闭合，把副环看成一个等效的副对象，则又构成一个单回路。

同样，按单回路方法进行整定，求取主调节器的参数GC1＇[KC1＇,TI1＇,TD1＇]

　　3、将所整定的参数设置在主调节器上，系统串级运行。

再求取副调节器的整定参数GC2"[KC2",TI2"]至此，完成了一次逼近循环。

若此时控制质量达到要求，则整定工作结束。

主、副控制器的参数分别取GC1＇[KC1＇,TI1＇,TD1＇]、GC2"[KC2",TI2"]

　　4、若一次循环不能达到控制质量要求，则需再进行循环逼近，将副调节器置于GC2"→求主调节器的参数GC1"→GC2"＇,依次循环，逐步提高，直至满意。

此法费时。

（特别是副调节器采用PI作用时。

二、两步整定法

　　第一步：

整定副调节器参数。

　　第二步：

把整定好的副调节器视为串级系统中的一个环节，再对主调节器进行整定。

　　此方法简单，其依据：

①设计正确：

＝3～10

②工业生产中，对Y1要求高，Y2要求低。

整定步骤：

　　1、主回路闭合，令％

　　2、用整定单回路法整定副回路（δ2逐渐减小）。

如4:

1法，求出δ2S和T2S（波动周期，操作周期）

　　4、按先副后主，先P次I后D的顺序，将计算出的参数值设置到控制器上（注意PID时F的影响）。

　　5、加干扰，观察过渡过程曲线，作适当调整→最佳。

三、一步整定法

　　根据经验先确定副调节器的整定参数，将其设置好。

然后按单回路系统整定主调节器参数。

整定步骤：

　　1、由K02或表4－2，选一KC2，令

　　2、，按单回路方法整定主调节器。

　　3、加干扰，观察过程。

根据匹配原则，适当调整控制器参数，直到主变量控制质量最好。

　　4、若有"共振"现象，改变参数（加大任何一个参数）即可消除。

若共振强烈，可先切换到手动，稳定后，再投入自动，进行整定。

二、经验试凑法

三、临界比例度法

四、衰减曲线法

五、响应曲线法

六、衰减频率特性法

本次课主体教学方式、方法：

总体概貌---各部分功能—构成整体

并考虑到国庆节---影响本次课本来应该是实验课，提前补上缺课，抢回过节耽误的课程内容

布置作业

观察双水槽水位实验系统控制双回路控制

教学后记