控制仪表及装置教案

青岛科技大学教师授课教案

课程名称控制仪表及装置

课程性质专业课（必修）

授课教师单宝明

教师职称讲师

授课对象自动化031-5

授课时数40学时（34+6）

教学日期2006年2月

所用教材《控制仪表及装置》

吴勤勤化学工业出版社 2002年第二版

授课方式课堂教学

控制仪表及装置教案2006

青岛科技大学授课教案应该覆盖如下内容：

本单元或章节的教学目的与要求

授课主要内容

重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）主要外语词汇

辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示数等）复习思考题

参考教材（资料）

第一章概述

第1章概论

学习目的和要求：掌握控制仪表的基本特点和分类，信号制和传输方法，仪表的分析方法。

重点、难点：信号制和信号传输，仪表电路分析方法

外语词汇：process control（过程控制）, process industries(过程工业)controlling instrument,direct digital control(DDC,直接数字控制)，supervisory system(监控系统)，distributed control system(DCS，集散控制系统或分布式控制系统)，fieldbus(现场总线)，CIMS—computer integrated manufacturing systems(计算机集成制造系统)，

CIPS-- computer integrated process systems

参考资料：周泽魁主编《控制仪表与计算机控制装置》化学工业出版社 2002

何离庆主编《过程控制系统与装置》重庆大学出版社 2003

张永德《过程控制装置》，北京化学工业出版社，2000

李新光等编著《过程检测技术》机械工业出版社，2004

侯志林《过程控制与自动化仪表》，机械工业出版社，2002年1月

授课内容：

❑过程控制系统概述

❑过程控制仪表与装置总体概述

❑自动控制系统和过程控制仪表

❑过程控制仪表与装置的分类及特点

❑信号制

❑仪表防爆的基本知识

❑仪表的分析方法

❑

1.1过程控制系统概述

1.1.1过程控制系统及其特点

过程控制的定义?

过程控制的参数?

过程控制的特点?

1.1.2过程控制系统发展概况

生产过程自动化的发展大体划分为几个阶段。

控制仪表及装置教案2006

1.仪表自动化阶段

20世纪40年代前后？基地式仪表，分散局部自动控制

20世纪50年代至60年代？单元组合仪表，集中监控与集中操纵

控制理论：以传递函数作为模型描述方法，以根轨迹、频率法作为基本的分析和综合方法。

控制方法：基本PID控制与串级、前馈控制等。

控制仪表：基地式仪表→单元组合仪表。

控制对象：简单的温度压力流量液位等的定值控制对象、单输入、单输出的定制控制系统。

图 1.1 单元组合仪表构成的控制系统

Fig. 1.1control system with unit construction instrument

2.计算机控制阶段

20世纪70年代至80年代？

控制理论：以状态空间分析方法为基础，其核心包括：以最小二乘法为基础的系统辨识方法，以极大值原理和动态规划为主的最优控制理论，和以卡尔曼滤波器为代表的估计技术；预测控制；自适应控制。

控制方法：经典的控制方法；最优控制方法在航空航天领域取得了成功，但尚未能很好地应用于过程工业；以模型预测控制为代表的适合于工业过程的先进控制（Adavanced Process Control, APC）方法形成，商品化APC 软件产品出现。

控制设备：单元组合仪表→计算机集中控制方式（如DDC，SPC等）→DCS系统(PLC系统) 控制对象：复杂控制系统；受约束的MIMO（多输入多输出）系统，控制目标考虑操作条件的最优化。

有的又把该阶段分为两个阶段?

第一章

概述

图 1.2 计算机控制系统

Fig. 1.2 Computer Control System

图 1.3 DCS控制系统

Fig. 1.3 DCS Control System

3.综合自动化阶段

从20世纪90年代开始，进入综合自动化阶段。推出了现场总线控制技术。

何谓现场总线？智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络。（国际电工委员会IEC和现场总线基金会FF定义）。

何谓综合自动化系统？综合自动化系统就是包括生产计划和调度、操作优化、基层控制和先进控制等内容的递阶控制系统，也称管理控制一体化的系统。这类系统是靠计算机及其网络来实现的，因此也成为计算机集成过程系统（CIPS-computer integrated process system）。

控制理论：采用第三代控制理论，即智能控制理论。智能控制将人工智能、控制理论和运筹学三大学科相结合，采用模糊技术、神经网络和专家系统等技术，比较好的解决了对象建模的困难和干扰众多与控制要求提高的矛盾，在许多难以控制的场合下，发挥了卓越的作用。与此同时，现代控制理论中的诸如非线性控制、分布参数系统、随机过程以及容错控制也在理论上和实践中得到了发展。

控制方法：结合最优化技术、计算机网络与数据信息处理技术的现代集成制造系统（CIMS）