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《过程控制与仪表》课程教学大纲

课程编码：AL042720
课程性质：专业任选课
适用专业：电气工程及其自动化
学时学分：32学时，2学分，其中理论28学时，实验4学时
所需先修课：大学物理、电路原理、模拟电子技术、数字电子技术

一、课程说明
1．课程简介
本课程是电气工程及其自动化专业的专业选修课，主要内容包括各种常用的
工业过程检测仪表的工作原理及使用特点、过程对象的数学建模方法及简单过程
控制系统设计。其先修课程为大学物理、电路原理、模拟电子技术、数字电子技
术等课程，后续课程为毕业综合实习及毕业设计，为后续从事过程控制及仪表安
装、检测维护及运行工作奠定基础。
2．教学目标要求
本课程应达到以下基本要求：
1）能够掌握过程控制系统的单项性能指标和综合性能指标；
2）掌握各类检测仪表的基本理论和工作原理、主要性能及其应用；
3）能够根据被测参量合理选择常用检测仪表、控制仪表及执行器；
4）掌握过程控制系统的建模理论、设计方法，以保证过程控制系统达到工
业要求的动态和静态性能指标；
5）能熟练地正确调试简单控制系统，较熟练地掌握简单控制系统的开发与
组织实施能力；
3．教学重点难点
1）控制系统的单项性能指标和综合性能指标；
2）典型PID控制仪表的原理及应用；
3）单容对象的机理法建模；
4）串级过程控制系统、选择性控制系统、解耦控制系统等复杂控制系统原
理及特点。
4．学时分配表
次序教学内容理论课学时数实验课学时数
第一部分检测仪表、控制仪表、执行器与安全241

1

栅
第二部分对象建模及简单控制系统的设计43
小计284
总计32
5．主要教法、学法
本课程以课堂讲授为主、自学为辅的方式开展教学，着重对学生的分析问题
能力、理论综合能力以及实验研究能力等方面的培养。
研发并采用多媒体教学方式。
6．考核方式及标准
1）考核目的：
考核学生对常用检测仪表及各种控制系统的理解和认识，能合理设置PID控
制器的相关参数；能够根据工艺要求，综合运用知识和各种方法，设计出简单控
制系统并加以实施，促进学生提高分析和解决实际问题的能力。
2）考核形式：
卷试。
3）主要考核内容：
常用的工业过程检测仪表工作原理及使用特点；执行器和防爆珊原理及应
用；简单过程控制系统设计方案；调节器的调节规律、特性测定及参数整定；PID
特性及PID调节器实际线路及应用；单容对象的数学建模。
4）考核题型：
填空，选择，计算或综合分析。
5）成绩评定：
考试成绩占总成绩的70%，其他（包括考勤、作业、讨论、实验等）成绩占
总成绩的30%。
二、各部分教学纲要
第一部分检测仪表、控制仪表、执行器与安全栅（24学时）
教学目标
通过该部分内容的学习,了解自动化仪表发展概况、组成、电动单元组合仪
表，掌握过程控制系统基本指标；掌握常用的测温传感器测量方法；掌握典型热
电偶变送器的电路工作原理；熟悉常用的压力测量传感器，掌握测量方法；了解
各种常用的流量检测仪表；掌握物位检测仪表及动圈式仪表的工作原理；了解
DDZ-III型PID控制仪表结构及各部分功能；掌握PID调节规律及在控制中的作
用；掌握PID调节器的阶跃响应和频率特性等概念；熟悉典型PID调节器的线路
及应用；了解气动执行机构的工作原理；熟悉电动执行机构的工作原理；了解安

2

全防爆的概念，掌握安全栅的基本原理及应用。
本部分重点
过程控制系统基本指标、各种检测仪表的工作原理及特点、PID调节规律、
PID调节器的阶跃响应和频率特性、气动、电动执行机构的工作原理。
本部分难点
典型热电偶变送器的电路工作原理；动圈式仪表的工作原理、PID调节器的
实际线路及应用、安全栅的基本原理。
教学内容
1.自动化仪表与控制系统概述
2.各种检测仪表，包括温度、压力、流量、物位及成分检测仪表等
3.控制仪表与PID
4.执行器与安全栅
第二部分对象建模及简单控制系统的设计（4学时）
教学目标
熟悉单容对象的动特性、对象的自衡特性及建模；了解双容对象的特性和纯
滞后；了解简单控制系统的设计任务及开发步骤；熟悉被控过程特性对控制质
量的影响，掌握被控参数、控制参数的设计原则；了解调节规律对控制质量的影
响，熟悉调节规律的选择方法；掌握调节器作用方式的选择；熟悉执行器的选
择方法及注意的问题；掌握调节器参数的整定方法。
本部分重点
单容对象的机理法建模、简单控制系统的设计过程。
本部分难点
单容对象的自衡特性及建模、调节器作用方式的选择、调节器参数的整定方
法。
教学内容
1.调节对象特性及实验测定
1.1单容、多容对象动特性及验测定
1.2测定动态特性的频域方法
2.简单控制系统的设计
2.1简单控制系统的结构与组成
2.2简单控制系统设计
2.3调节规律对控制品质的影响与调节规律选