《過(guò)程控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱（本科）

《過(guò)程控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。課程英文名ProcessControlExperiment課程代碼01M0069學(xué)分2總學(xué)時(shí)32課程類別專業(yè)課課程性質(zhì)限選先修課程《檢測(cè)技術(shù)》、《過(guò)程基礎(chǔ)》、《儀表與裝置》、《過(guò)程控制》、《自動(dòng)控制原理》、《專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》適用專業(yè)自動(dòng)化、測(cè)控類專業(yè)開課學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院執(zhí)筆人審定人制定時(shí)IHJ2020年11月一、課程地位與課程目標(biāo)(-)課程地位《過(guò)程控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)》是自動(dòng)化專業(yè)必修、獨(dú)立設(shè)課實(shí)踐課程。本課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生分析設(shè)計(jì)實(shí)際典型過(guò)程控制系統(tǒng)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉常用液位、溫度、流量測(cè)量變送器、執(zhí)行器、控制儀表，熟練掌握典型模擬液位、流量、溫度對(duì)象測(cè)試法數(shù)學(xué)建模，熟練掌握單回路過(guò)程控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)，掌握PID參數(shù)整定，掌握串級(jí)、比值、前饋反饋復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為今后過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和就業(yè)打下基礎(chǔ)。學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可對(duì)工業(yè)典型對(duì)象特性進(jìn)行分析，建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，能夠選擇合適的儀表，搭建單回路或復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)，具備初步過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，增加溝通能力，同時(shí)熟悉工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，初步掌握工程設(shè)計(jì)倫理規(guī)范。(二)課程目標(biāo).熟悉液位、流量、溫度對(duì)象，熟悉液位、流量、溫度測(cè)量變送儀表，熟悉執(zhí)行儀表包括調(diào)節(jié)閥、變頻器、移相調(diào)壓模塊，熟悉智能調(diào)節(jié)儀表及參數(shù)含義，掌握各個(gè)儀表之間的信號(hào)連接關(guān)系；具有自主選擇合適儀表的能力；.具有自主分析工業(yè)復(fù)雜對(duì)象工作機(jī)理，掌握液位、流量、溫度對(duì)象測(cè)試法建模，具有對(duì)工業(yè)常見對(duì)象按照測(cè)試法建立數(shù)學(xué)模型，并對(duì)數(shù)學(xué)模型精度進(jìn)行分析的能力；.熟練掌握搭建液位、流量、溫度對(duì)象單回路控制系統(tǒng)方法，熟練分析干擾對(duì)控制性能的影響，熟練掌握PID參數(shù)整定，具有設(shè)計(jì)和調(diào)試工業(yè)常見對(duì)象單回路控制系統(tǒng)的能力；.熟練掌握搭建串級(jí)、比值、前饋反饋復(fù)雜控制系統(tǒng)方法，具有針對(duì)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)行常見復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的能力，以及刻苦專研、勇于探索、善于與他人合作的工作作風(fēng)。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法《過(guò)程控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)》課程為獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)課程，采用按照設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求，完成實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)及時(shí)記錄，實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)前多媒體教學(xué)，分組實(shí)驗(yàn)完成液位、溫度、流量模擬對(duì)象的測(cè)試法建模，單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)整定，復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、分析控制性能能力，實(shí)現(xiàn)提高分析和解決實(shí)際工業(yè)對(duì)象控制問(wèn)題的能力。（1）實(shí)驗(yàn)前，通過(guò)教學(xué)提出本次實(shí)驗(yàn)基本任務(wù)及下次實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求。按照設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求，提出本次實(shí)驗(yàn)的智能儀表特性測(cè)試、建模要求、控制指標(biāo)等，給出下次實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)要求。（2）實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生之間通過(guò)相互協(xié)作，相互討論實(shí)施完成實(shí)驗(yàn)，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。對(duì)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析討論，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行初步判斷，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)理解和分析能力。通過(guò)學(xué)生互動(dòng)或者與教師交流，及時(shí)討論解決實(shí)驗(yàn)中問(wèn)題，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決實(shí)際問(wèn)題能力。（3）實(shí)驗(yàn)后，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論評(píng)判，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)收，并給出一定數(shù)量的思考題。加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡睦斫狻Ｈ?、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求（支撐程度H、M、L）畢業(yè)要求2-4M畢業(yè)要求4-4M畢業(yè)要求9-2M課程目標(biāo)1M課程目標(biāo)2MH課程目標(biāo)3MH課程目標(biāo)4H注：1.支撐強(qiáng)度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）;2.畢業(yè)要求須根據(jù)課程所在專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行描述。四、課程內(nèi)容及基本要求

序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)基本要求學(xué)生任務(wù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)類別1典型過(guò)程控制系統(tǒng)組成認(rèn)識(shí)21模擬對(duì)象工作原理2各種儀表功能、參數(shù)特性3智能調(diào)節(jié)儀PID參數(shù)含義1了解各個(gè)模擬對(duì)象和執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)，參數(shù)，接線；2掌握管道連接關(guān)系；3掌握智能調(diào)節(jié)儀PID參數(shù)調(diào)節(jié)方法演示必做2液位被控對(duì)象特性測(cè)試31單容水箱液位、雙容水箱液位階躍響應(yīng)測(cè)試法建模2液位階躍響應(yīng)曲線參數(shù)辨識(shí)方法1接線，做單容水箱階躍響應(yīng)曲線，對(duì)曲線進(jìn)行模型識(shí)別，進(jìn)行模型精度分析；2做雙容水箱階躍響應(yīng)曲線，對(duì)曲線進(jìn)行模型識(shí)設(shè)計(jì)必做別，進(jìn)行模型精度分析3溫度被控對(duì)象特性測(cè)試31單容鍋爐內(nèi)膽溫度對(duì)象階躍響應(yīng)測(cè)試法建模2矩形脈沖響應(yīng)曲線測(cè)試、曲線轉(zhuǎn)換及參數(shù)辨識(shí)方法1接線，做內(nèi)膽溫度矩形脈沖相應(yīng)曲線；2轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)曲線；3對(duì)曲線進(jìn)行模型識(shí)別，進(jìn)行模型精度分析設(shè)計(jì)必做4單回路液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)31單回路單容水槽、雙容或三容水槽液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成2單容水槽、雙容或三容水槽液位系統(tǒng)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法3單容水槽、雙容或三容水槽液位系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法1接線,整定單容水槽PID參數(shù)，使得輸出為4:1衰減震蕩曲線；2整定雙容水槽PID參數(shù)，使得輸出為4:1衰減震蕩曲線設(shè)計(jì)必做5單回路流量控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)31單回路流量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成2流量對(duì)象階躍響應(yīng)測(cè)試法建模，參數(shù)辨識(shí)方法3單回路流量系統(tǒng)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法4單回路流量系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法1接線，做流量對(duì)象階躍響應(yīng)曲線；2對(duì)曲線進(jìn)行模型識(shí)別，進(jìn)行模型精度分析;3整定流量對(duì)象PID參數(shù)，使得輸出為4:1衰減震蕩曲線設(shè)計(jì)必做6單回路溫度控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)31單回路內(nèi)膽溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成2單回路內(nèi)膽或夾套溫度系統(tǒng)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法3單回路內(nèi)膽或夾套溫度系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法1接線，安排管路，內(nèi)膽打水到指定液位；2整定單容溫度PID參數(shù)，使得輸出為4:1衰減震蕩曲線設(shè)計(jì)必做7通道特性對(duì)控制質(zhì)量影響研究31控制通道特性、擾動(dòng)通道特性對(duì)控制質(zhì)量影響2不同擾動(dòng)位置對(duì)控制質(zhì)量的影響1接線，按照雙容液位對(duì)象；2做第一次干擾對(duì)輸出影響曲線；3做第二次干擾對(duì)輸出影響曲線；4掌握干擾位置不同對(duì)輸出曲線影響綜合必做8串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)31串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)的整定方法3擾動(dòng)分別作用于副對(duì)象和主對(duì)象時(shí)對(duì)系統(tǒng)主控制量的影響1接線，整定主副調(diào)節(jié)器PID參數(shù);2做一次干擾對(duì)輸出曲線；3做二次干擾對(duì)輸出曲線；4掌握串級(jí)控制PID參數(shù)整定方法；5理解干擾位置不同對(duì)輸出曲線影響設(shè)計(jì)必做

9比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)31單、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)組成2儀表比值系數(shù)的計(jì)算3雙閉環(huán)比值控制與單閉環(huán)比值控制選擇1接線，計(jì)算得到從動(dòng)量流量，儀表比值系數(shù)；2做單閉環(huán)比例控制輸出曲線；3做雙閉環(huán)比值控制輸出曲線；4計(jì)算比較單閉環(huán)、雙閉環(huán)控制不同特點(diǎn)設(shè)計(jì)必做10滯后控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)31傳輸純滯后的形成2對(duì)系統(tǒng)溫度、流量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響3純滯后溫度、流量控制系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法1接線，連接盤管+鍋爐內(nèi)膽作為對(duì)象；2做階躍響應(yīng)曲線，參數(shù)識(shí)別得到數(shù)學(xué)模型；3整定PID參數(shù)，得到4:1控制輸出曲線；4比較掌握純滯后對(duì)象控制特點(diǎn)設(shè)計(jì)必做11前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)31前饋-反饋控制系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)2前饋補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法3前饋-反饋控制系統(tǒng)參數(shù)的整定與投運(yùn)1做單容水箱閉環(huán)控制曲線；2做干擾下輸出曲線；3整定靜態(tài)前饋控制系數(shù)；4做前饋反饋控制輸出曲線；5掌握前饋反饋控制特點(diǎn)設(shè)計(jì)必做五、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定表1考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定表考核內(nèi)容考核方式評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)占總成績(jī)比例過(guò)程考核實(shí)驗(yàn)簽到，以點(diǎn)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)到課情況。學(xué)生課程平時(shí)成績(jī)考核細(xì)則沒(méi)到課該次實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)?實(shí)驗(yàn)操作，考核實(shí)驗(yàn)中相互協(xié)作中，對(duì)實(shí)驗(yàn)熟練程度和實(shí)驗(yàn)貢獻(xiàn)率進(jìn)行評(píng)分。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書20%實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，集中考核在各實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)方案、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理上的掌握程度。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書40%期末考核考查成績(jī)，考核對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及思考題的理解分析程度。以實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式，驗(yàn)證對(duì)實(shí)驗(yàn)方案、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理上的正確性。試卷參考答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)40%考核類別考查成績(jī)登記方式百分制表2課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)和達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)

課程目標(biāo)教學(xué)環(huán)節(jié)考核環(huán)節(jié)合格標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)1講授，實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)A0.6實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)B期末考試成績(jī)C1目標(biāo)達(dá)成度二(0.2x+0.4x+0.4xx4B°Cl0N°課程目標(biāo)2講授，實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)A0.6實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)B期末考試成績(jī)C2目標(biāo)達(dá)成度二(0.2xy+0.4x-^-+0.4x-^-)x^-4B。C20N0課程目標(biāo)3講授，實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)A0.6實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)B期末考試成績(jī)C3,Cc41cdBedC3、N(0.2x+0.4x+0.4x)x、'AoBoC30yNo目標(biāo)達(dá)成度二課程目標(biāo)4講授，實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)A0.6實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)B期末考試成績(jī)C4目標(biāo)達(dá)成度二(0.2x—+0.4X—+0.4x—)x—AB。C40N。注：試卷中，課程目標(biāo)1總分Clo,課程目標(biāo)2總分C2o,課程目標(biāo)3總分C3o,課程目標(biāo)4總分C4o；試卷中，學(xué)生實(shí)際獲得的課程目標(biāo)1分?jǐn)?shù)C1,課程目標(biāo)2分?jǐn)?shù)C2,課程目標(biāo)3分?jǐn)?shù)C3,課程目標(biāo)4分?jǐn)?shù)C4；No到課總次數(shù)，N實(shí)際