过程控制工程实验教学大纲

课程编号：0701103

课程名称：化工过程控制工程总学时：48

Process-Control Engineer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》祝和运浙江大学

《过程控制工程》蒋尉孙华东理工大学

《过程控制》金以慧清华大学出版社

《CONTROL SYSTEM DESIGN 》Graham C.Goodwm 清华大学出版社

一、课程的目的与要求：

本课程是自动化专业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）过程特性与动态模型建立

过程特性的类型， K、T、τ对控制指标的影响，过程动态机理模型的列

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。

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。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。

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范围。

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制方案