过控课设
《过程装备成套技术》教学大纲
《过程装备成套技术》教学大纲
二、课程目的和任务
过程装备成套技术课程是为工科院校过程装备与控制工程专业的一门综合性专业选修课，实践性较强。本课程旨在学习过程装置设计、建设全过程中涉及到的新产品生产工艺开发和项目可行性研究、工艺设计、经济性评价和环境评价、机器设备的型式选择、重要工艺参数的自动控制方案选择与设计、管道设计、绝热与防腐设计、装置的安装及检验、装置的试车等各种工程知识，获得与过程工业生产装置建设有关的广泛而全面的基础知识。
三、本课程与其它课程的关系
本课程是在工程材料、化工原理、过程设备设计、过程流体机械、过程装备控制技术及应用、过程装备材料腐蚀与防护、专业生产实习等课程的基础上，综合运用先修课程的基础知识，分析和解决过程工业成套装备从设计到试车全过程问题的工程学科，与过程设备设计、化工机械制造、过程流体机械等课程共同构成过程装备与控制过程专业完整的知识体系。通过本课程的学习，学生将掌握过程工业生产装置建设中涉及到的相关原理、一般方法，为日后的实践工作奠定理论基础。
四、教学内容、重点、教学进度、学时分配
（一）概论(2学时)
1、主要内容
过程工业与过程装备成套技术；典型成套装备示例；过程装备成套技术的主要任务和基本要求。
2、重点
过程工业的特点。
3、教学要求
掌握过程工业的特点，了解过程装备技术的工程应用状况。
（二）工艺开发与工艺设计概述(4学时)
1、主要内容
工艺过程开发及工艺路线选择；工艺设计的内容及设计文件；工艺设计中的全局性问题。
2、重点
工艺开发与工艺设计的基本程序和主要内容。
过控课程设计(涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计)
二○一○～二○一一学年第一学期
信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：过程控制与集散系统课程设计班级：
学号：
姓名：
指导教师：陈琳
二○一○年十一月
一、设计题目
涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计
二、设计任务
该设计可在A3000-FS 实验台上完成。
图１中1#管流量Q1为主变量，2#管流量Q2为从变量，可设计串级调节器控制FV101满足系统要求。
表１ 连接端配置 测量或控制量 测量或控制量标号
1＃涡轮流量计 FT101 2＃涡轮流量计 FT102 电动调节阀
FV101 …
…
以上连接图和仪表仅为本控制系统中的设计提供思路，并不完整，其它部分还需根据自己的设计思路添加。
三、功能要求
1) 有组态界面，可观察控制效果，用户操作方便。
2) 可手动输入数据，比如主动量设置、流量比值设置等。 3) 工艺参数在线曲线，可观察控制系统的运行效果。 4) 可在线修改工艺参数。
5)
对扰动有较好的抑制能力。
四、控制原理
FT 102
2#
调节阀FV101
FT 101
比值器
调节器
Q 2
Q 1
1#
图１ 比值控制原理示意图
单回路控制系统解决了工艺生产过程自动化中大量的参数定值问题。但是，随着现代工业生产的迅速发展，工艺操作条件的要求更加严格，对安全运行和经济性及对控制质量的要求也更高。但回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求，在这样的情况下，双闭环串级控制系统就应运而生。
双闭串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到广泛地应用，串级控制系统是指不止采用一个控制器，而是将两个或几个控制器相串级，是将一个控制器的输入作为下一个控制器设定值的控制系统。
过控课程设计心得体会
过控课程设计心得体会
我的课程设计之路虽然不算太长，但却颇有心得。在学习过程中，我逐渐意识到，过控是课程设计中的一把利器。
所谓过控，即通过设计的方法，使整个课程更加系统化，有层
次地呈现知识点，让学生更好地领会和掌握知识，达到透彻理解
的效果。
过控的方法有很多，以下是我在课程设计中所运用的一些体会。
1. 提前制定详细的教学计划
在开始设计课程之前，制定详细的教学计划非常必要。教学计
划应该包括所需时间，知识点分布，教学方法等等。这样做的好
处是，能让你事先规划好整个课程的脉络，更好地掌握和安排进度，避免中途出现紧急情况导致进度拖慢。
2. 突出重点，分段教学
在课堂教学中，经常会遇到一些比较难理解的知识点。这时候就需要我们将重点知识逐一突出，进行分段教学。例如，如果学习的是一个较为复杂的编程语言，那就可以先讲解语言的基本语法，再加深语言中一些重要的概念和技巧。这样不仅能够使学生更好地理解，也能够逐渐提高他们的学习兴趣。
3. 设计测验评估和小练习
在课程的末尾或过程中，设立一些测验或小练习能够很好地检测学生的学习成果和水平。这些测验和小练习可以是选择题、填空题，也可以是简答题。通过这些测试，学生能够更好地了解自己的学习状况，从而更好地进行下一步的学习。
4. 多媒体教学
现在，多媒体教学已经成为一种趋势，如何合理地运用多媒体技术，达到过控的效果，已成为课程设计中的重要命题。在制作多媒体教学课件时，应注意抓住重点，切忌各种信息杂糅，过多的干扰。另外，选择合适的音效与动作，使课件更加生动有趣，让学生更好地理解和掌握知识点。
上水箱液位控制系统-过控课设
摘要
在过程工业中被控制量通常有以下四种: 液位、压力、流量、温度。而液位不仅是工业过程中常见的参数，且便于直接观察，也容易测量。过程时间常数一般比较小。以液位过程构成实验系统,可灵活地进行组态，实施各种不同的控制方案。液位控制装置也是过程控制最常用的实验装置。国外很多实验室有此类装置，如瑞典LUND大学等。很多重要的研究报告、模拟仿真均出自此类装置!
本次设计也是基于这套水箱液位控制装置来实现的。这套系统由多个水箱，液位检测变送器，电磁流量计，涡轮流量计，自动调节阀，控制面板等喝多器件构成。
液位控制的发展从七十年代到九十年代经历了几个阶段，控制理论由经典控制理论到现代控制理论，再到多学科交叉；控制工具由模拟仪表到DCS，再到计算机网络控制；控制要求与控制水平也由原来的简单、安全、平稳到先进、优质、低耗、高产甚至市场预测、柔性生产。而其中应用最广泛的就是PID 控制器。
这次首先是用一天半的时间让我们熟悉各种建模的方法。学会建立了最初的四种模型。接着后几天就是开始熟悉各种控制系统，以及运用它们去控制水箱的液位，从而更加深刻的理解控制的概念。并且在过程中，要熟练学会调整PID的参数，学会使用MATLAB等。
关键词：水箱液位；PID控制；串级控制；前馈控制；经验凑试法
目录
1引言 (1)
2 实验设备 (2)
2.1 THJ-FCS型或THJ-3型高级过程控制系统实验装置 (2)
2.2计算机及相关软件。 (6)
2.2.1 SIMATIC WinCC简介 (6)
2.2.2 监控界面 (7)
3 设备工作原理及运行过程 (8)
过控实验——精选推荐
实验一一阶单容水箱对象测试实验
1.做本实验时，为什么不能任意改变出水阀F1-11开度的大小？
出水阀的开度是用来改变出水量的，改变水箱泄水的过程。改变出水阀的开度会给系统带来干扰，造成系统不稳定，影响实验特性。
2. 2．用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？
答：因为系统用到了仪表，因此与仪表的精度有关，同时与出水阀开度的大小有关。并和放大系数K、时间常数T以及纯滞后时间有关。
3．如果采用中水箱做实验，其响应曲线与下水箱的曲线有什么异同？并分析差异原因
若采用中水箱做实验，其响应曲线与下水箱变化到得快
原因：因为中水想的截面积比下水箱的要小，上升相同都得液位高度，下水箱要更长的时间。实验二单容水箱液位定值控制
1．如果采用下水箱做实验，其响应曲线与下水箱的曲线有什么异同？并分析差异原因。
采用下水箱做实验，，其滞后时间会更短，
原因：因为水的回路变的更短，其响应曲线会上升的更快
2． 2．改变比例度δ和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？
（1）改变比例度会使调节器的参数改变，这可能让系统稳定性受一定程度的影响，增大比例度会使得其超调量增大，使得系统变得不稳定。
（2）改变积分时间会使得系统的精度提高，但是可能造成积分饱和。
3．根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静动态性能
分析：系统在阶跃扰动作用下，当比例系数较大时，系统的静态误差也较大，这是因为比例系数会加大幅值；再加入积分后，系统的静态误差明显减小，但调节时间延长，因为微分具有超前的作用，增加系统的稳定度。
4.比较不同PID参数对系统的性能产生的影响
控制工程课程设计教案分享5篇
控制工程课程设计教案分享5篇
控制工程是现代科技领域中不可或缺的重要学科。作为一个广泛应用于自动化、航空、电力、化工、交通等各行业中的学科，控制工程在实践中的应用越来越广泛。而控制工程课程设计也成为了该学科中的一项重要内容。通过合理的课程设计，有助于提升学生的实践能力和创新能力。今天我们将分享5篇控制工程课程设计教案，以期对大家有所启发。
NO.1 面向仿真控制工程的课程设计
本篇课程设计的目标在于教学生如何使用MATLAB软件进行仿真控制实验，学生将学习如何从系统建模开始设计传感器、执行器、控制器等模块，最终实现整个系统的控制。在课程设计过程中，需要注意实验步骤、实验工具和操作方法的详细介绍。实验过程中应该逐渐深入动手实践，帮助学生从理论到实践的转化。而在实验数据的结果分析中，需要对不同实验数据进行比较，从而为优化控制系统提供数据支持。
NO.2 智能化控制工程课程设计
这是一篇基于技术的课程设计，主要教学生使用智能化算法，如神经网络、遗传算法等优化方案，最终实现系统控制。设计中的重点在于深入解析算法的原理和数据分析方法，使学生掌握算法设计技巧与工具的使用方法。在算法的实践过程中，需要注意对算法选择和参数设置的合理性，同时要帮助学生发现并解决各种实验中的问题。通过比较实验数据和输出结果进行分析，了解算法的适用性和精度。
NO.3 控制工程实践课程设计
该课程设计主要围绕控制的实践环节展开，引导学生自主构建控制系统，逐渐培养操作和创新能力。设计中的关键在于零部件的选择和操作，将日常所学的控制工程理论运用到实践中。在例如机械结构、电路设计、程序编写等构建步骤中，学生可以自行设计、调整或优化，最后构建控制系统，并在测试环节进行测试和优化。
过控
过程控制综合实习
一：实习目的
实习内容主要是基于最新购进的过程控制系统实验装置上，借助数字控制仪表，可编程控制器PLC和HMI组态软件PROTOOL，MCGS对其单容液位对象，多容液位对象，温度对象和流量对象等进行全程监控。实习过程中要理论联系实际结合以往学过的课程理论，如《过程控制系统》《过程控制仪表》《PLC应用技术》，重点强化培养解决实际问题的能力，实践能力和动手能力。
二：实习设备
1、THKGK-1型过程控制实验装置：
GK-02 GK-03 GK-04 GK-07
2、万用表一只
3、计算机及上位机软件
三：实习系统组成
被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱以及管道。调节器主要有模拟调节器（含比例P调节、比例积分PI调节、比例微分PD调节、比例积分微分PID调节）、位式调节器、智能仪表调节器、PLC控制器、单片机控制、计算机控制等。
执行器模块主要有固态继电器、磁力驱动泵、电加热丝。
变送器模块主要有流量变送器（FT）、液位变送器（LT1，LT2）、温度变送器（TT）、压力变送器（PT）等。变送器的零位、增益可调，并均以标准信号DC0-5V输出。另外，根据用户需要，配置微机通讯接口单元（RS232），以满足计算机实时控制实验的需要。
系统的结构组成如图1所示，被控对象的供水有两路：一路是由磁力泵1从储水箱中抽水，通过阀1再经阀3向上水箱供水、经阀4向下水箱供水、经阀5向复合加热水箱的内胆供水；另一路是
图1 系统的结构图
磁力泵2从储水箱中抽水，分别通过阀2经阀9向上水箱供水、经阀10向下水箱供水、经阀11向复合加热水箱的夹套供水。每个水箱的出水口均经过线性化处理，上水箱的水通过阀6 流到下水箱，在上水箱中安装了压力传感器（PT、LT1），用于检测压力、液位的大小;而下水箱的水经阀7流到复合加热水箱的外套，再经阀8流回储水箱，各水箱都设有溢流口，保证水箱满后不外流并顺利经溢流口流回储水箱。在复合加热水箱的内套安装了加热器和PT100温度传感器（TT），它们分别用于加热和检测温度。
过控课设蒸发器前馈-反馈控制
目录
第一章前馈-反馈控制与设计任务 (1)
1.1 前馈控制 (1)
1.2 反馈控制 (1)
1.3 设计任务 (1)
1.4 设计要求 (1)
1.5 设计报告 (1)
第二章前馈-反馈系统 (2)
2.1 前馈控制系统的组成 (2)
2.2 前馈控制系统的特点 (2)
2.3 前馈-反馈复合控制系统特性分析 (3)
第三章前馈-反馈仿真分析 (6)
3.1 系统分析 (6)
3.2 静态系统仿真图 (6)
3.2 动态系统仿真 (7)
3.3 系统跟踪性能与抗干扰性能 (9)
第四章总结 (11)
参考文献 (12)
第一章 前馈-反馈控制与设计任务
1.1 前馈控制
前馈控制（英文名称为Feedforward Control ），是按干扰进行调节的开环调节系统，在干扰发生后，被控变量未发生变化时，前馈控制器根据干扰幅值，变化趋势，对操纵变量进行调节，来补偿干扰对被控变量的影响，使被控变量保持不变的方法。
1.2 反馈控制
反馈控制（英文名称为Feedback Control ），是指从被控对象获取信息，按照偏差的极性而向相反的方向改变控制量，再把调节被控量的作用馈送给控制对象，这种控制方法称为反馈控制，也称作按偏差控制。反馈控制总是通过闭环来实现的。反馈控制的特点：反馈控制的特点有：按偏差进行调节；调节量小，失调量小；能随时了解被控变量变化情况；输出影响输入（闭环）。反馈控制必须有偏差才能进行调节，调节作用落后于干扰作用；调节不及时，被控变量总是变化的。 1.3 设计任务
蒸发器的控制通道传递函数为，3011()501s G s e s -=+，扰动通道的传递函数为，702 1.2()401
三容水箱过控课设
摘要
此次过程控制课程设计就是要通过S7-300对流量、液位和压力的单闭环控制，液位-流量串级控制和流量的比值控制系统。我们以PLC、组态软件为单元，组成各种控制系统，借助了STEP7的快速算法功能及丰富的函数库，实现对此次工程实训的控制对象的控制。同时使用过程控制DDZ-III仪表显示和传感器输入到模拟量输入通道，在Step7算法控制程序进行数据处理，最后再把结果通过输出量模拟程序输出到调节阀实现控制系统的闭环控制。
为了更好地观察和监控系统的工作状态，还应用了WINCC组态软件，设计了一个监控界面。该界面将五个控制系统结合在一起，可以方便、快速的切换各个控制系统，随时在这个界面改变PID参数和给定值。该界面还绘制了各个控制系统工作时的相应曲线，方便我们更好的了解系统的响应状况。
最终通过试凑法以及多次试验确定系统最佳的PID参数，使得五个控制系统都能拥有超调量小，过渡时间短，响应速度快的试验效果。
关键词：过程控制；流量；液位；压力；串级控制；比值控制
目录
第一章：绪论 (3)
1：课题背景 (3)
2：设计要求 (4)
第二章：系统硬件设计 (5)
1：S7-300控制器部分 (5)
2：被控部分 (6)
液位检测器 (6)
压力变送器 (7)
3：调节阀 (8)
4：水泵 (9)
5：变频器 (10)
第三章：系统软件设计 (12)
1：功能块简介 (12)
FB41功能块 (12)
FC105和FC106功能块 (13)
2：WINCC界面设计 (13)
3：液位单闭环控制系统 (18)
4：流量单闭环控制系统 (19)
过控专业的详细介绍
过控专业的详细介绍
过控专业的详细介绍
1、具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力;
2、较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括力学、机械学、电工与电子技术、热加工工艺基础、自动化基础、市场经济及企业管理等基础知识;
3、具有本专业必需的制图、计算、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能及较强的计算机和外语应用能力;
4、具有本专业领域内某个专业方向所必需的专业知识，了解科学前沿及发展趋势;
5、具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。
过控专业的知识与能力
1、主要课程：微机原理及应用、理论力学、材料力学、化工流体力学、机械原理、机械设计、机械制图、工程材料及机制基础、化工原理、过程装备力学基础、过程设备设计、过程流体机械、过程装备控制技术及应用、过程装备制造与检测、过程装备材料腐蚀与防护、过程装备成套技术等。
2、主要实践性教学环节：包括军训，金工、电工、电子实习，认识实习，生产实习，社会实践，课程设计，毕业设计(论文)等，一般应安排40周以上。
3、主要专业实验：过程原理实验、工程力学实验、电工电子实验、机械基础实验、压力容器强度实验、压力容器稳定性实验、过程流体机械性能测试与监控实验、过程设备性能测试与监控实验等。
五、就业前景：
毕业生具备化学工程、机械工程、控制工程和管理工程等方面的基本知识和技能，可直接从事化工、炼油、医药、轻工、环保等过程设备与过程计算机自动控制的设计、研究、开发、制造、技术管理和教学等工作，对于与机电类有关的工作具有较强的适应能力。
过控课设报告
过程控制系统课程设计
——基于组态王液位—流量串级过程控制系统设计
姓名：张静娜
班级：自11-2
学号：11101010219
1．系统由多级串联构成，比如多级水箱，其液位和流量都是不定的。在此，通过一定的控制方式，选择一定的控制策略，使其液位和流量实现控制，达到一定的限制。并通过实时、历史曲线，显示当前和一段时间内的液位和流量变化趋势以及变化值，实现系统监控。同时，通过报警信息的显示及提示，实现实时监控和及时给出相应的操作。液位和流量是工业生产过程中最常用的两个参数，对液位和流量进行控制的装置在工业生产中应用的十分普遍。液位的时间常数T一般很大，因此有很大的容积迟延，如果用单回路控制系统来控制，可能无法达到较好的控制质量。而串级控制系统可以用一般常规仪表来实现，成本增加也不大，却可以起到十分明显的提高控制质量的效果，因此往往采用串级控制系统对液位进行控制。一般情况下，流量是影响液位的主要因素，其时间常数较小，将它纳入副回路进行控制，不仅有效地克服了流量对液位造成的干扰，而且使系统工作频率提高，能够对液位实行较快的控制
2.串级控制系统的特点：
(1) 改善了过程的动态特性；
(2) 能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力；
(3) 提高了系统的鲁棒性；
(4) 具有一定的自适应能力。
二、实验设备
PCSK过程自动化控制系统、PC上位监控计算机、组态王组态软件
在本系统中被控参量有两个，上水箱液位和管道流量，这两个参量具有相关联系，流量的大小可以影响上水箱液位，根据流量与液位的关系，故系统采用串级控制，内环为流量控制，外环为液位控制。内环与外环的控制算法均采用PID算法，PID算法实现简单，控制效果好，系统稳定性好。外环液位控制器的输出作为内环流量控制器的设定值，流量控制器的输出来控制调节阀的大小，来控制管道流量的大小，进而控制上水箱液位
交通控制与管理课程设计
交通控制与管理课程设计
1. 介绍
在现代社会中，交通控制与管理起着至关重要的作用。随着城市化进程的加快和人口的增长，交通问题变得越来越突出。为了确保交通安全、顺畅和高效，需要进行交通控制与管理的研究和实践。本文将深入探讨交通控制与管理的相关概念、方法和技术，以及在实际应用中的挑战和解决方案。
2. 交通控制概述
交通控制是指通过采取各种手段和措施，以达到交通有序、安全和高效的目的。交通控制的目标包括减少交通事故、缓解交通拥堵、提高交通效率等。常见的交通控制手段包括交通信号灯、交通标志标线、交警执勤等。
2.1 交通信号控制
交通信号控制是一种主要的交通控制手段，通过交通信号灯来指示车辆和行人的行进方向和停车或通行。交通信号控制需要考虑交通流量、交叉口结构等因素，并根据不同的情况进行优化调整。交通信号控制的设计和管理需要综合考虑交通安全、交通流量和通行效率等因素。
2.2 交通标志标线
交通标志标线是一种通过标示图案、文字和颜色等方式来指示交通参与者应该遵守的规则和限制。交通标志标线的设置需要考虑道路类型、交通流量和交通安全等因素。合理的标志标线设置可以帮助司机和行人更好地理解交通规则，减少交通事故的发生。
3. 交通管理方法与技术
除了交通控制手段外，还有许多交通管理方法与技术可以用于提高交通的效率和安全性。
3.1 智能交通系统
智能交通系统利用信息技术和通信技术，对交通流量和交通状态进行实时监测和管理。通过智能交通系统，可以实现交通流量预测、路况监控、交通信号灯优化等功能，提高交通的安全性和效率。智能交通系统的核心技术包括交通数据采集、数据处理与分析、决策与控制等。
“过程装备与控制工程”专业课群构建与教学实践
太 原 理 工 大 学 学报 （ 会 科 学 版 ） 社
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉ ｕ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ （ ｏ ｉ ｌ ｃｅ ｃ ｓ Ｅｄ ｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｙ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｓ ｃａ ｉｎ ｅ ｉｉ ） ｏ Ｔａ Ｓ ｏ
Ｓｅ ｔ ０ ｐ ．２ ０９
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ３ １２ ．
“ 过程装备与控制工程＂ 专业课群构建与教学实践
魏 秀业 ， 宏侠 ， 竹 亭 ， 晋 英 潘 姚 黄
（ 北 大 学 机 械 工 程 与 自动化 学 院 ， 中 山西 太 原 ０ ０ ５ ） ３ ０ １
摘 要 ： 析 了 过 程 装 备 与 控 制 专 业 课 程 建 设 的 现 状 ， 理 论 教 学 和 实 践 教 学 上 提 出课 群 构 建 的 分 从
重复。
２ ．由于本 专 业 的 实 验设 备 不 完 善 和人 员 配 置
问 题 ， 些 专 业 基 础 和 专 业 课 程 的 实 践 环 节 都 没 有 某
得到很 好 的体现 。
高校 就业形 势严 峻的情 况下 ， 只有 根据 学校 实际 ， 确
定专业 的发 展 目标 ， 改革 不切 实 际的人 才培养 模式 ， 突 出办学特 色 ， 能 提 升 我校 办 学 的 整体 水 平 和 竞 才
《过程控制系统及应用》课程标准
《过程控制系统及应用》课程标准
课程代码：B0703313 B0703413 课程类别：必修课
授课系（部）：自动化工程系学分学时：7.5 140学时
一、课程定位与作用
1．课程性质
本课程是工业过程自动化技术专业学生在学习相关专业基础课后开设的一门专业必修课，是将控制理论及其工程应用紧密联系的一门课程，为后续《计算机控制技术》等课程奠定专业基础。
2．课程作用
《过程控制系统及应用》是工业过程自动化技术专业的一门重要专业课，是理论与实践联系非常紧密的一门课程。该课程的内容主要包括两部分：第一部分主要以传递函数为工具，采用时域分析法分析控制系统的一阶、二阶系统的动态响应指标。第二部分主要介绍化工生产过程常用的单回路控制、串级控制、前馈控制、均匀控制、比值控制、分程控制、选择控制等控制方案的特点、结构、应用场合，以及各种控制方案的实施方法，如：控制规律的选择、PID参数的整定、系统投运方法。通过本课程的学习，将控制理论和工程实施方法相结合，为学生从事控制系统的设计、调试、投运和维护打下良好的基础。
3. 与其他课程的关系
本门课程需用到前期所学《高等数学》、《典型化工生产技术》、《大学物理》等课程的相关知识，同时为后续《计算机控制技术》、《安全仪表系统》、《交流调速系统》等课程的学习打下基础。
二、课程目标
通过《过程控制系统及应用》课程的学习，使学生具备化工检测技术和控制系统方面的基本知识，为学习和掌握专业知识和职业技能打下基础。
1．知识目标
（1）熟悉传递函数求系统响应的方法
（2）掌握典型环节传递函数表达方法
浅谈过控专业课件
课程设置：过控专业主要涵盖了化工 原理、机械设计基础、控制理论及工 程、过程装备设计、材料科学等方面 的课程，以及实践环节如课程设计、 毕业设计等。
专业方向：过控专业方向包括但不限 于化工机械、材料成型与控制、制冷 技术与装备、过程控制工程等。
过控专业的历史与发展
起源
发展历程
现状与前景
过控专业起源于20世纪50年代，随着 化工、石油、能源等行业的快速发展 ，对过程装备的需求不断增加，从而 推动了该专业的形成与发展。
化工仪表与自动化
总结词：自动化
VS
详细描述：化工仪表与自动化是过控 专业的关键课程，主要涉及化工生产 过程中的自动化技术、测量与控制原 理及仪表的使用和维护。通过学习， 学生能够了解自动化仪表的工作原理 和应用，掌握化工生产过程的自动化 控制和调节技术，提高生产效率和控 制精度。
化工工艺学
总结词：工艺流程
化工工艺课程设计
学生通过设计化工生产工艺流程，掌握化工 工艺的设计原理和方法，提高工程设计能力 。
生产实习
要点一
认识实习
通过参观各类化工企业，学生对化工生产过程、设备及工 艺流程有直观的认识和了解，为后续专业课程的学习奠定 基础。
要点二
生产实习
学生进入企业实习，参与实际生产过程，了解和掌握化工 生产的实际操作和管理，培养实践能力和职业素养。
自动控制原理课程设计
自动控制原理课程设计
一、设计目的。
自动控制原理是现代工程技术中的重要基础课程，通过本课程设计，旨在帮助
学生深入理解自动控制原理的基本概念和方法，掌握自动控制系统的设计和分析技能，提高学生的工程实践能力。
二、设计内容。
1. 选取合适的控制对象，通过调研和分析，选取一个合适的控制对象，例如温度、液位等，作为本课程设计的控制对象。
2. 建立数学模型，根据选取的控制对象，建立其数学模型，包括传递函数、状
态空间方程等，为后续的控制器设计奠定基础。
3. 控制器设计，根据控制对象的数学模型，设计合适的控制器，可以选择比例
积分微分（PID）控制器或者其他先进的控制算法。
4. 系统仿真与分析，利用仿真软件对设计的控制系统进行仿真，分析系统的稳
定性、动态响应等性能指标。
5. 实际搭建与调试，在实际的控制对象上搭建控制系统，进行调试和实验验证，观察系统的实际性能。
6. 总结与展望，总结课程设计的过程和结果，对控制系统的性能进行评价，并
展望未来的改进方向。
三、设计要求。
1. 设计过程要符合自动控制原理的基本原理和方法，确保设计的科学性和合理性。
2. 数学模型的建立和控制器设计要准确，仿真与实验结果要可靠。
3. 设计报告要清晰、完整、准确，包括设计思路、理论分析、仿真结果、实验
数据等。
4. 设计报告要求能够体现出学生的独立思考和创新能力，具有一定的工程实践
价值。
四、设计步骤。
1. 确定控制对象，根据实际情况，选择合适的控制对象，例如温度控制系统。
2. 建立数学模型，根据选取的控制对象，建立其数学模型，包括传递函数、状
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汽包水位是锅炉运行的主要指标之一，是一个非常重要的被控量。维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，这是因为：
（1）水位过高会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸汽温度急剧下降，该过热蒸汽作为汽轮机动力的话，将会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全性和经济性。（2）水位过低，则由于汽包内的水量转少，而负荷很大时，如不及时调节就会使汽包内的水全部液化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此，锅炉汽包水位必须严加控制。
1控制系统的整体分析：
1.1影响汽包水位的主要因素
1)给水流量W
2)主蒸汽流量D
3)燃料量B
1.2控制指标：保证给水流量W和主蒸汽流量D保持平衡，维持汽包水位H在较小范围内波动。
1.3汽包水位控制对象的动态特性分析
做各种主要影响因素的阶跃扰动，记录并分析汽包水位的响应曲线
1)给水扰动：
Matlab仿真如图1：
图1：给水扰动Matlab仿真
运行结果如图2：
图2：给水扰动下的水位响应曲线
由被控对象在给水量扰动下的水位阶跃响应曲线，可以看出该被控对象无自平衡能力，且有较大的迟延，因此应采用串级控制，将给水流量的扰动消除在采用带比例作用的副调节回路中，以保证系统的稳定性。
2)蒸汽扰动：
Matlab仿真如图3：
图3：蒸汽扰动Matlab仿真
运行结果如图4：
图4：蒸汽扰动下的水位响应曲线
由仿真结果看出对象在蒸发量D扰动下，水位阶跃反应曲线有一段上升的过程，表现有“虚假水位”现象，(出现虚假水位现象的原因：当负荷突然增加，蒸汽流量增加，汽包的压强变小，导致水气化，导致水位升高，同样的，当负荷突然减小，蒸汽流量减小，汽包的压强变大，导致水中气泡液化，水位降低，这两种情况都会出现虚假水位现象。)这种现象的反应速度比内扰快，为了克服“虚假水位”现象对控制系统的不利影响，应考虑引入蒸汽流量的补偿信号。
通过上述对被控对象的动态特性分析，确定采用串级前馈三冲量控制系统：
1)因为串级系统可以有效克服二次干扰，尤其是本系统是有纯迟延环节，
可以有效提高系统的快速性和准确性，改善了系统的动态特性，此外，
串级系统对负荷的变化有一定的自适应能力。
2)通过静态前馈环节的加入，也可以有效改善负荷变化（蒸汽流量变化）
带来的“虚假水位”现象，当蒸汽流量D突然阶跃增加，由于虚假水位
现象会使水位增加，错误地使调节机构减小给水量，但引入前馈后，D
的增加通过副回路的比例作用又使得调节机构增加给水量，所以通过合
适的参数整定，将会有效克服“虚假水位”现象。
1.4，系统框图、控制系统流程图及SAMA图如下所示：
图5：控制系统框图
图6：串级三冲量水位控制系统工艺流程图
在该调节系统中：调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个测量信号，控制系统说明如下：
1)水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，
改变给水流量，使水位恢复到给定值。
2)主汽流量信号D做前馈信号，其作用是削弱由于“虚假水位”而使调节器产
生的误动作，用以改善蒸汽流量扰动时的调节质量。
3)控制系统由两个闭合回路及前馈调节部分组成。主回路由主调节对象Gp(s)、
水位测量变送器Kh、主调节Gc1(s)和副回路组成；副回路由给水流量W、给水流量变送器Kw、副调节器Gc2(s)、执行器Kμ组成；前馈部分由蒸汽流量信号D、蒸汽流量变送器Kd构成。
4)副调节器的任务是当给水量扰动时，迅速动作使给水量保持不变；当蒸汽量
扰动时，副调节器迅速改变给水量，保持给水量和蒸汽量平衡。主调节器的作用是校正水位，维持稳定水位不变。
图7：控制系统SAMA图见附录
SAMA图解析：
SAMA图中操作器要保证手自动的无扰切换：
主调节器跟踪是为了保证副调节器无偏差；副调节器跟踪保证执行机构无偏差。
切手动的条件：
除了测量信号故障及调节器的输入偏差大，又加入了蒸汽流量变化幅度过大的要求，因为前馈的引入，虽然减小了“虚假水位”期间调节机构的误动作，但是并不能完全消除该现象，切水位H对蒸汽流量扰动D的响应速度比对内部扰动Ｗ的响应速度要快得多，所以当蒸汽流量变化过大时还是会引起误动作，故加入了蒸汽流量变化幅度的限制。
1.5控制系统的仿真及参数整定：
1)副回路的整定：
副回路的主要作用是消除二次扰动即给水阀的扰动，要求副回路的快速性和稳定性，保证给水流量的稳定。整定时，断开主回路，把副回路看成是一个单回路，为保证其快速灵活的特性，此处采用比例调节。
副回路整定Matlab仿真：
图8：副回路整定
其中设置PID调节器于比例调节，P=30。仿真时，在20S时加入幅度为0.5的阶跃扰动。
仿真结果如图9：
图9：副回路扰动测试仿真结果
从仿真结果可以看出，在20S加入扰动后，输出可以快速跟随输入，且稳态误差很小，可以满足内回路快速准确的要求。
2)主回路的整定：
整定主回路时，可以把副回路的整体看成一个比例环节，用衰减曲线法整定主回路。
主回路整定Matlab仿真：
图10：主回路整定
主回路采用PI控制，其中P=0.9，I=0.015，微调副回路的比例P=35.
仿真结果如图11：
图11：主回路仿真结果
衰减率为：85%
3)给水扰动测试：
测试串级回路对给水扰动的控制效果，如图12：
在第20S加入给水扰动，可以看出系统的动态品质几乎不受给水扰动的影响，满足整定时快速消除内扰的要求，最终系统的输出几乎无静差，且满足衰减率的要求，其快速性和准确性得到保证。
图12：给水扰动下系统的输出
4)加入前馈及蒸汽扰动测试：
加入静态前馈和蒸汽扰动及给水扰动，仿真Matlab图13所示：