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文本内容:
《过程的动态特性与控制》课程教学大纲、课程基本信息英文名称Process Dynamicsand Control课程代码CHET3019课程性质专业必修课教学课程授课对象化学工程与工艺学分2学时36主讲教师孙欢利修订日期2021年9月22号指定教材厉玉鸣,《化工仪表及自动化》,第六版,化学工业出版社
二、课程目标
(一)总体目标《过程的动态特性与控制》是一门理论与工程实践密切相关,应用性较强的专业课程,是化学工程与工艺专业的一门必修课该课程从自动控制系统的基本概念入手,系统地讲述构成自动控制系统的各个基本环节,包括被控对象、测量元件及变送器、显示仪表、自动控制仪表、执行器等;以及简单控制系统、复杂控制系统;最后结合化工生产过程讲述几种典型化工单元操作的控制方案通过对本门课程的学习,使学生比较全面地掌握化工过程自动控制系统的组成、功能、分析和设计;重点掌握检测仪表的工作原理和特点;培养学生自动控制系统设计、开发以及现场操作能力同时使对化工自动化领域建立较全面的认识,开拓其专业视野,为今后从事化工自动化生产相关行业提供强有力的理论和实践基础
(二)课程目标本课程教学内容以化工仪表及自动化的基本知识和基本技能为主,注重学生分析问题、解决实际问题的能力培养本课程的学习目标如下课程目标1:掌握自动控制系统相关知识
1.1掌握化工自动控制系统的组成、原理及各环节的作用;掌握简单及复杂控制系统的结构、特点及应用场合
1.2掌握化工对象的基本特性及其对控制过程的影响
1.3了解主要工艺参数的基本测量方法和仪表的工作原理及其特点,能根据工艺实际情况正确地选用和使用常见测量仪表
1.4掌握基本控制规律的特点和适用范围,能够分析和评价控制器参数对被控过程的控制质量的影响表2各章节的具体内容和学时分配表章节内容学时分配早下绪论化工自动化概述1第一章自动控制系统基本概念3第一早过程特性及其数学模型2第三章检测仪表与传感器11第四章自动控制仪表3第五章执行器2第六章简单控制系统3第七章复杂控制系统7第八章典型化工单元的控制方案4注含习题课,随堂考试安排课时、学时分配U!
五、教学进度表3教学进度表章节名授课备内容提要作业及要求注称时数化工自动化概绪论化工自动化的发展概况、意义,化工仪表及自动化系述1统的分类
1.自动控制系统的组成;自动控制系统第一章
32.自动控制系统的方块图信号和变量,自动控制基本概念系统方块图,反馈,自动控制系统的分类;
3.过渡过程和品质指标控制系统的静态与动态,控制系统的过渡过程,控制系统的控制指标,影响控制指标的主要因素
1.建立被控对象数学模型的意义及方法;
2.表征被控对象特性的三个参数、物理意义及其对过程特性及其第二章2控制质量的影响;数学模型
3.被控对象特性的实验测定方法
1.掌握仪表精度的意义及仪表的性能指标;
2.初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法;
3.了解各种流量计的测量原理,重点是差压式流量计及转子流量计;
4.了解各种液位测量方法,掌握液位测量中零点迁检测仪表与传第三章10移的意义及计算方法;感器
5.掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理,熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法;
6.了解各种检测仪表的选用及安装;
7.了解软测量技术及安全仪表系统期中考试2测验
1.掌握各种基本控制规律及其特点;第四章自动控制仪表
32.熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响
1.了解执行器的作用及种类,理解气动执行器的结构与工作原理;
2.掌握执行机构正反作用、控制机构正反装、执行第五章执行器2器气开、气关形式及其选择;
3.理解控制阀的流量特性及其种类;
4.了解电动执行器的组成及作用第六章简单控制系统
31.了解简单控制系统的结构、组成及作用;
2.掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则;
3.了解各种基本控制规律的特点及应用场合;
4.掌握控制器正、反作用确定的方法及控制器参数工程整定的方法
1.掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合,副变量的确定及主、副控制器正反作用的选择;
2.理解设置均匀控制系统的目的及控制方案;
3.了解比值控制系统的各种类型,掌握单闭环比值控制方案的结构及特点;第七章复杂控制系统
74.掌握前馈控制系统的结构、特点及应用场合;
5.理解连续型选择性控制系统的结构特点及控制方案,了解开关型选择性控制系统,了解积分饱和现象的产生及防止方法;
6.理解分程控制系统的结构及应用场合1,了解典型化工单元设备和过程的控制方案设计;典型化工单元第八章42•熟悉泵、传热设备、精储塔以及反应器控制的一般的控制方案方法
六、教材及参考书目
1.厉玉鸣、孟华、王会芹编著,《化工仪表及自动化》第六版北京,化学工业出版社,2018年
2.厉玉鸣、刘慧敏编著,《化工仪表及自动化例题习题集》第三版北京,化学工业出版社,2016年
3.张光新、杨丽明,王会芹编著,《化工自动化及仪表》第二版化学工业出版社,2016年
七、教学方法讲授法、自主学习及讨论法等
1.讲授法采用PPT及多媒体教学讲授主要概念及内容;
2.自主学习及讨论汇报法安排学生自主学习相应章节的内容,小组合作制备PPT并在课堂上讲解,与同学老师分享讨论
3.课后通过习题的练习,巩固和加深对重点和难点知识的理解,融会贯通
八、考核方式及评定方法-课程考核与课程目标的对应关系表4课程考核与课程目标的对应关系表课程目标考核要点考核方式课程目标1知识储备简答题、自主学习汇报课程目标2能力达成简答题课程目标3素质养成简答题-评定方法
1.评定方法.本课程考核成绩构成为平时成绩30%+期中考试20%+期末考试50%1平时成绩由平时作业、上课出勤、表现以及PPT汇报等组成2期中和期末考试以闭卷形式进行试卷考核围绕课程目标考察学生专业基础知识、问题分析、解决问题的能力,同时尽量覆盖课程的主要知识点
2.课程目标的考核占比与达成度分析表5课程目标的考核占比与达成度分析表核占比平时30%期中20%期末50%总评达成度课程目{OOOx平时目标1成绩+
0.15x期课程目标110%15%22%中目标1成绩+
0.22x期末目标1成绩}/47{
0.15x平时目标1成绩+
0.05x期课程目标215%5%25%中目标1成绩+
0.25x期末目标1成绩}/45{
0.05x平时目标1成绩+
0.00x期课程目标35%0%3%中目标1成绩+
0.03x期末目标1成绩}/8三评分标准评分标准90-10080-8970-7960-6960课程目标优良中合格不合格A BC DF熟练掌握化工自动较好地掌握化工自掌握化工自动控制基本掌握化工自动不能掌握化工自动控制系统的组成、原动控制系统的组成、系统的组成、原理及控制系统的组成、原控制系统的组成、原理及各环节的作用;原理及各环节的作各环节的作用;掌理及各环节的作用;理及各环节的作用;熟练掌握简单及复用;较好地掌握简握简单及复杂控制基本掌握简单及复不能掌握简单及复杂控制系统的结构、单及复杂控制系统系统的结构、特点杂控制系统的结构、杂控制系统的结构、特点及应用场合;的结构、特点及应及应用场合;掌握特点及应用场合;特点及应用场合;熟练掌握化工对象用场合;化工对象的基本特不能掌握化工对象基本掌握化工对象的基本特性及其对较好地掌握化工对性及其对控制过程的基本特性及其对的基本特性及其对控制过程的影响清象的基本特性及其的影响控制过程的影响不控制过程的影响基晰了解主要工艺参对控制过程的影响了解主要工艺参数能了解主要工艺参本了解主要工艺参数的基本测量方法较好地了解主要工的基本测量方法和数的基本测量方法数的基本测量方法和仪表的工作原理艺参数的基本测量仪表的工作原理及和仪表的工作原理课程和仪表的工作原理及其特点,能根据方法和仪表的工作其特点,能根据工艺及其特点,不能根及其特点,基本能目标1工艺实际情况正确原理及其特点,能根实际情况正确地选据工艺实际情况正根据工艺实际情况地选用和使用常见据工艺实际情况正用和使用常见测量确地选用和使用常正确地选用和使用测量仪表确地选用和使用常仪表见测量仪表常见测量仪表基熟练掌握基本控制见测量仪表掌握基本控制规律不能掌握基本控制本掌握基本控制规规律的特点和适用较好地掌握基本控的特点和适用范围,规律的特点和适用律的特点和适用范范围,能够快速分析制规律的特点和适能够分析和评价控范围,不能分析和评围,基本能够分析和评价控制器参数用范围,能够较快地制器参数对被控过价控制器参数对被和评价控制器参数对被控过程的控制分析和评价控制器程的控制质量的影控过程的控制质量对被控过程的控制质量的影响参数对被控过程的响的影响质量的影响控制质量的影响熟练地综合运用本能综合运用本课程不能运用本课程和较好地综合运用本基本能运用本课程课程和其它课程知和其它课程知识,根其它课程知识,根据课程和其它课程知和其它课程知识,根识,根据工艺要求,据工艺要求,与自工艺要求,与自控识,根据工艺要求,据工艺要求,与自与自控设计人员共控设计人员共同讨设计人员共同讨论与自控设计人员共控设计人员共同讨课程同讨论和提出合理论和提出合理的自和提出合理的自动同讨论和提出合理论和提出合理的自的自动控制方案;能动控制方案;能够控制方案;不能分目标2的自动控制方案;较动控制方案;基本够快速分析和处理分析和处理控制系析和处理控制系统快地分析和处理控能够分析和处理控控制系统运行中出统运行中出现的一运行中出现的一些制系统运行中出现制系统运行中出现现的一些现象和问些现象和问题;现象和问题;的一些现象和问题;的一些现象和问题;题;能在工艺设计和技不能在工艺设计和评分标准90-10080-8970-7960-6960课程目标优良中合格不合格A BC DF能在工艺设计和技能在工艺设计和技术改造中,与自控设基本能在工艺设计技术改造中,与自控术改造中,与自控设术改造中,与自控设计人员合作,综合和技术改造中,与自设计人员合作,不计人员合作,熟练计人员合作,较好考虑工艺与控制两控设计人员合作,能综合考虑工艺与地综合考虑工艺与地综合考虑工艺与个方面,为自控设考虑工艺与控制两控制两个方面,为控制两个方面,为控制两个方面,为计人员提供正确的个方面,为自控设自控设计人员提供自控设计人员提供自控设计人员提供工艺条件与数据,计人员提供正确的正确的工艺条件与正确的工艺条件与正确的工艺条件与选用合适的理论方工艺条件与数据,数据,选用合适的数据,选用合适的数据,选用合适的法选用合适的理论方理论方法理论方法理论方法法具备理论联系实际、具备理论联系实际、具备理论联系实际、基本具备理论联系不具备理论联系实熟练综合运用所学较好地综合运用所综合运用所学知识实际、综合运用所学际、综合运用所学知知识分析问题和解学知识分析问题和分析问题和解决问知识分析问题和解识分析问题和解决课程决问题的能力,具解决问题的能力,题的能力,严谨的决问题的能力,严问题的能力,严谨备严谨的工作作风严谨的工作作风和工作作风和实事求谨的工作作风和实的工作作风和实事目标3和实事求是的科学实事求是的科学态是的科学态度事求是的科学态度求是的科学态度态度度执笔人孙欢利2021年9月22日课程目标2分析自动控制系统出现的问题并根据工艺要求,与自控人员共同设计控制方案
2.1能综合运用本课程和其它课程知识,根据工艺要求,与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案;能够分析和处理控制系统运行中出现的一些现象和问题;
2.2能在工艺设计和技术改造中,与自控设计人员合作,综合考虑工艺与控制两个方面,为自控设计人员提供正确的工艺条件与数据,选用合适的理论方法课程目标3培养学生理论联系实际、综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力,培养学生严谨的工作作风和实事求是的科学态度,为未来的相关行业科学研究及实际工作打下良好的基础
(三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标课程子目标对应课程内容对应毕业要求
1.1全部章节毕业要求
11.2第二章毕业要求1课程目标
11.3第三章毕业要求
11.4第四章毕业要求
12.1全部章节毕业要求3课程目标
22.2全部章节毕业要求5课程目标3-全部章节毕业要求3
三、教学内容绪论课时
0.5周,1课时目的要求了解化工自动化的发展概况,理解化工自动化的意义及目的,掌握化工仪表及自动化系统的分类教学内容第一节、化工自动化的意义及目的第二节、化工自动化的发展概况第一章自动控制系统基本概念课时
1.5周,共3课时目的要求掌握自动控制系统的组成,了解各组成部分的作用以及相互影响和联系;理解自动控制系统中常用的各种术语,掌握方块图的意义及画法;熟悉管道及控制流程图上常用符号的意义;了解控制系统的几种分类形式,掌握系统的动态与静态;掌握闭环控制系统在阶跃干扰(扰动)作用下,过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义教学内容第一节化工自动化的主要内容第二节自动控制系统的基本组成及表示形式
一、自动控制系统的基本组成
二、自动控制系统的表示形式第三节自动控制系统的分类第四节自动控制系统的过渡过程和品质指标
一、控制系统的静态与动态
二、控制系统的过渡过程
三、控制系统的控制指标
四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素习题与思考题:p16-17教学重点几个重要概念,自动控制系统的组成及各环节作用,自动控制系统组成方块图,自动控制系统品质指标教学难点自动控制系统的过渡过程第二章过程特性及其数学模型课时1周,共2课时目的要求了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法;掌握用机理建模的方法建立简单对象数学模型;掌握表征被控对象特性的三个参数,包括放大系数、时间常数、滞后时间的物理意义及其对控制质量的影响;了解被控对象特性的实验测定方法教学内容第一节化工过程的特点及其描述方法第二节对象数学模型的建立
一、建模目的
二、机理建模
三、实验建模第三节描述对象特性的参数
一、放大系数K
二、时间常数T
三、滞后时间3习题与思考题:p32-33教学重点对象特性参数K、T、含义及其对控制过程的影响T教学难点对象数学模型建立的机理建模和实验建模,一阶对象特性参数K、T、含义及其对控制过T程的影响第三章检测仪表基本知识课时
5.5周,共11课时目的要求掌握仪表精度的意义及与测量误差的关系;了解仪表的性能指标;初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法;了解各种流量计的测量原理,重点是差压式流量计及转子流量计;了解各种液位测量方法,初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法;掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理,熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法;了解各种检测仪表的选用及安装;了解软测量技术及安全仪表系统教学内容第一节概述
一、测量过程与测量误差
二、仪表的性能指标
三、工业仪表的分类第二节压力检测及仪表
一、压力单位及测压仪表
二、弹性式压力计
三、电气式压力计
四、智能型压力变送器
五、压力计的选用及安装第三节流量检测及仪表
一、概述
二、差压式流量计
三、转子流量计
四、椭圆齿轮流量计
五、电磁流量计
六、漩涡流量计
七、质量流量计
八、流量测量仪表的类型第四节物位检测及仪表
一、概述
二、差压式液位变送器
三、电容式物位传感器
四、核辐射物位计
五、光纤式液位计
六、称重式液罐计量仪
七、物位测量仪表的类型第五节温度检测
一、温度检测方法
二、热电偶温度计
三、热电阻温度计
四、测温仪表的选用及安装第六节现代检测技术与传感器的发展
一、软测量技术的发展
二、现代传感技术的发展第七节显示仪表
一、数字式显示仪表
二、无笔、无纸记录仪
三、虚拟显示仪表习题与思考题:p104-106教学重点测量误差,检测仪表的品质指标;弹性式压力计、电气式压力计的测压原理;差压式和转子流量计的测量原理和方法;差压式液位计和零点迁移问题;热电偶温度计、热电阻温度计的测量原理,温度补偿理论及方法教学难点测量误差分析、检测仪表品质指标的计算确定;差压式流量计、转子流量计的工作原理;差压变送器测量液位和零点迁移的判断及计算;热电偶温度计、热电阻温度计的工作过程及原理第四章自动控制仪表课时
1.5周,共3课时目的要求掌握各种基本控制规律及其特点;熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响教学内容第一节概述第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
一、双位控制
二、比例控制
三、积分控制
四、微分控制第三节数字式控制器
一、数字式控制器的主要特点
二、数字式控制器的基本组成
三、KMM型可编程序调节器习题与思考题:p140教学重点各种基本控制规律及其特点;各种规律对系统过渡过程的影响教学难点各种基本控制规律对系统过渡过程的影响第五章执行器课时1周,共2课时目的要求了解执行器的作用及种类,理解气动执行器的结构与工作原理,掌握执行机构正反作用、控制机构正反装、执行器气开、气关形式及其选择,理解控制阀的流量特性及其种类,了解电动执行器的组成及作用教学内容第一节气动执行器
一、气动执行器的结构与分类
二、控制阀的流量特性
三、控制阀的选择
四、气动执行器的的安装和维护第二节电动执行器第三节电-气转换器与电-气阀门定位器
一、电-气转换器
二、电-气阀门定位器第四节数字阀与智能控制阀习题与思考题:p152-153教学重点气动执行器的结构与工作原理,执行器气开气关形式及其选择,控制阀的流量特性教学难点控制阀的流量特性,执行器气开气关形式的选择第六章简单控制系统课时L5周,共3课时目的要求了解简单控制系统的结构、组成及作用;掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则;了解各种基本控制规律的特点及应用场合;掌握控制器正、反作用确定的方法;掌握控制器参数工程整定的方法教学内容第一节简单控制系统的结构与组成第二节简单控制系统的设计
一、被控变量的选择
二、操纵变量的选择
三、测量元件特性的影响
四、控制器控制规律的选择第三节控制器参数的工程整定
一、临界比例度法
二、衰减曲线法
三、经验凑试法习题与思考题:p152-153教学重点被控变量、操纵变量的选择及控制器控制规律的选择教学难点控制器参数的整定方法第七章复杂控制系统课时
3.5周,共7课时目的要求掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合;掌握串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正反作用的选择;了解串级控制系统中主副控制器参数的工程整定方法;理解设置均匀控制系统的目的及控制方案;了解比值控制系统的各种类型,掌握单闭环比值控制方案的结构及特点;掌握前馈控制系统的结构、特点及应用场合;理解连续型选择性控制系统的结构特点及控制方案,了解开关型选择性控制系统,了解积分饱和现象的产生及防止方法;理解分程控制系统的结构及应用场合教学内容第一节串级控制系统
一、概述
二、串级控制系统的工作过程
三、串级控制系统的特点
四、串级控制系统中副回路的确定
五、主、副控制器控制规律及正、反作用的选择
六、控制器参数的工程整定第二节均匀控制系统
一、均匀控制的目的
二、均匀控制方案第三节比值控制系统
一、概述
二、比值控制系统的类型
三、比值控制系统的几个问题第四节前馈控制系统
一、前馈控制系统及其特点
二、前馈控制系统的主要形式
三、前馈控制系统的应用场合第五节选择性控制系统
一、基本概念
二、选择性控制系统的类型
三、积分饱和及其防止第六节分程控制系统
一、概述
二、分程控制的应用场合
三、分程控制中的几个问题习题与思考题p199-200教学重点串级控制系统的特点及应用,主、副控制器控制规律的选择,主、副控制器正反作用的选择;均匀、比值、前馈和选择性控制系统的特点及相应控制器控制规律和正反作用的选择教学难点串级、前馈和选择性控制系统的特点,根据实际情况控制规律的选择及控制器正反作用的选择第八章典型化工单元的控制方案课时2周,共4课时目的要求了解典型化工单元设备和过程的控制方案设计,熟悉泵、传热设备、精储塔以及反应器控制的一般方法教学内容第一节流体输送设备的控制方案
一、离心泵的控制方案
二、往复泵的控制方案
三、压缩机的控制方案
四、离心式压缩机的防喘振控制第二节传热设备的自动控制
一、一般传热设备的控制
二、锅炉设备的自动控制第三节精储塔的自动控制
一、工艺要求
二、精微塔的干扰因素
三、精微塔的控制方案第四节化学反应器的自动控制
一、化学反应器的控制要求
二、釜式反应器的温度自动控制
三、固定床反应器的自动控制
四、流化床反应器的自动控制习题与思考题:p258-259教学重点泵、传热设备、精储塔以及反应器的自动控制教学难点典型化工单元设备和过程的控制目标与被控变量的选择。