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1(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2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。3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4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BasicRequirementsThebasicrequirementsforasensorusedinacontrollooparetheabilities:•toindicatethevaluesofmeasuredvariables•totransmitthesignalstothecontroller第2节DifferentSensorsandTransducersPressureTransducersLevelMeasurementFlowMeasurementTemperatureMeasurement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5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6课程第三讲第2周日期：20010-9-21五教0202第3章第三章TheModelsofProcessControlSystemsAndtheDynamics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黑匣子输入（已知）输出（已知）7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1/28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BasicRequirementsThebasicrequirementsforthedesignofacontrollooparetheabilities:•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9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10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11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：＝3～10②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12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