材料成型控制工程基础》课程教学大纲 课程英文名称：The control engineering foundation for material processing 课程编号：61105301 学时数：56学时，其中不包括实验学时6学时 学分数： 适用专业：材料成型与控制工程专业 一、课程的性质、目的和任务 《材料成型控制工程基础》是金属材料学科“材料成型与控制工程”专业中“控制工程方向”的一门 学位课，它是材料成型专业了解和掌握“控制理论和控制工程”在材料加工中如何具体应用的一门重 要专业基础课程。 它的开设目的是：使没有系统学习过“自动控制原理和控制工程“方面课程的材料加工领域本科 生第一次比较全面、有一定深度的了解自动控制专业领域的基本概念、基本原理和基本理论：学完 该门课程后，材料成型本科生应具备对材料成型领域中控制工程应用方面知识的自学能力。 该课程是材料加工和控制工程相结合的一门应用基础理论课程，它的任务是通过课堂教学和作 业的完成，使学生了解材料成型与控制工程如何衔接的主要内容和思想方法，为深入学习“材料加工 过程数学模型“和“材料成型过程自动化“等相关专业课程打下基础。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 了解控制理论和控制工程的基础知识，掌握古典、现代和智能控制主要理论和各自的主要控制 策略，并熟悉它们在材料加工中的应用目的和方法。 1概述 1.1生产过程自动化发展概况 了解自控理论和控制工程的对应关系和各自三个发展阶段 12过程控制的要求和任务 掌握生产过程的概念、工业生产过程的三个要求 1.3过程控制系统的组成和分类 理解过程控制系统基本结构图 1.4过程控制系统的性能指标 了解动态和静态的概念，熟练掌握三个动态指标 1.5自控理论在材料成型领域中的应用 了解钢铁系统几个常用领域的例子 2过程控制系统动态数学模型 2.1古典控制策略 掌握拉普拉斯变换、传递函数、传递函数、方块图及等效变换、梅逊定理、典型环节概念和理论
材料成型控制工程基础》课程教学大纲 课程英文名称：The control engineering foundation for material processing 课程编号：61105301 学时数：56学时，其中不包括实验学时6学时 学分数： 适用专业：材料成型与控制工程专业 一、课程的性质、目的和任务 《材料成型控制工程基础》是金属材料学科"材料成型与控制工程"专业中"控制工程方向"的一门 学位课，它是材料成型专业了解和掌握"控制理论和控制工程"在材料加工中如何具体应用的一门重 要专业基础课程。 它的开设目的是：使没有系统学习过"自动控制原理和控制工程"方面课程的材料加工领域本科 生第一次比较全面、有一定深度的了解自动控制专业领域的基本概念、基本原理和基本理论；学完 该门课程后，材料成型本科生应具备对材料成型领域中控制工程应用方面知识的自学能力。 该课程是材料加工和控制工程相结合的一门应用基础理论课程，它的任务是通过课堂教学和作 业的完成，使学生了解材料成型与控制工程如何衔接的主要内容和思想方法，为深入学习"材料加工 过程数学模型"和"材料成型过程自动化"等相关专业课程打下基础。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 了解控制理论和控制工程的基础知识，掌握古典、现代和智能控制主要理论和各自的主要控制 策略，并熟悉它们在材料加工中的应用目的和方法。 1概述 1.1生产过程自动化发展概况 了解自控理论和控制工程的对应关系和各自三个发展阶段 1.2 过程控制的要求和任务 掌握生产过程的概念、工业生产过程的三个要求 1.3 过程控制系统的组成和分类 理解过程控制系统基本结构图 1.4过程控制系统的性能指标 了解动态和静态的概念，熟练掌握三个动态指标 1.5 自控理论在材料成型领域中的应用 了解钢铁系统几个常用领域的例子 2过程控制系统动态数学模型 2.1古典控制策略 掌握拉普拉斯变换、传递函数、传递函数、方块图及等效变换、梅逊定理、典型环节概念和理论
2.2现代控制策略 理解自适应控制等相关原理和概念 2.3智能控制策略 了解神经网络、遗传算法、模糊逻辑等概念和基本原理 3PID控制及其调节过程 3.1PID控制概述 掌握PID的优点 3.2PD调节规律 掌握P型、I型、D型、PI型、PD型和PD型控制规律 3.3PID调节规律对过渡过程的影响 学握“比例带“和“比例度“的概念区别，掌握”临界比例带“概念，并熟练掌握比例带对过渡过程 的影响 3.4PID调节器参数的工程整定 了解“工程整定“的设计过程 4控制系统的状态空间分析 4.1现代控制理论的优越性 了解古典和现代控制的区别 4.2状态空间基本概念 熟练掌握状态空间的本质和基本组成 4.3状态方程的解与举例 熟练掌握求解过程 4.4系统的可控性和可观测性 学握可控性和可观测性的概念，熟练掌握它们的判断条件，并能实际自己运算 4.5多变量系统的反馈 掌握状态反馈法 4.6极点配置 理解可控标准形和可观测标准形的概念，并能熟练掌握极点配置求解 5系统的建模方法 5.1黑箱与系统辨识 了解系统辨识的概念 52传递函数建模 理解古典理论中常用几种响应方法 5.3状态方程的建模 理解现代控制理论中建模原理和掌握递推最小二乘法 6最优控制与自适应控制系统
2.2现代控制策略 理解自适应控制等相关原理和概念 2.3智能控制策略 了解神经网络、遗传算法、模糊逻辑等概念和基本原理 3 PID控制及其调节过程 3.1 PID控制概述 掌握PID的优点 3.2 PID 调节规律 掌握P型、I型、D型、PI型、PD型和PID型控制规律 3.3 PID调节规律对过渡过程的影响 掌握"比例带"和"比例度"的概念区别，掌握"临界比例带"概念，并熟练掌握比例带对过渡过程 的影响 3.4 PID 调节器参数的工程整定 了解"工程整定"的设计过程 4控制系统的状态空间分析 4.1现代控制理论的优越性 了解古典和现代控制的区别 4.2状态空间基本概念 熟练掌握状态空间的本质和基本组成 4.3状态方程的解与举例 熟练掌握求解过程 4.4系统的可控性和可观测性 掌握可控性和可观测性的概念，熟练掌握它们的判断条件，并能实际自己运算 4.5多变量系统的反馈 掌握状态反馈法 4.6极点配置 理解可控标准形和可观测标准形的概念，并能熟练掌握极点配置求解 5系统的建模方法 5.1黑箱与系统辨识 了解系统辨识的概念 5.2传递函数建模 理解古典理论中常用几种响应方法 5.3状态方程的建模 理解现代控制理论中建模原理和掌握递推最小二乘法 6最优控制与自适应控制系统
6.1时间最优控制系统 理解时间最优概念和求解 6.2二次性能指标最优控制系统 掌握最优调节器的求解 6.3自适应控制系统 了解自适应控制的原理 7系统设计及集散型控制系统 7.1系统控制基本原理 7.2控制器类型及其控制作用 理解几种常用控制器类型和控制作用 7.3串级控制系统 7.4前馈控制系统 7.5集散型控制系统 8连续式加热炉生产过程自动控制 了解温度控制模型、炉压模型、连续式加热炉自动控制系统工作原理 9板带材生产过程自动控制 了解热轧板过程控制基本内容、厚度控制、板形控制、张力控制、温度控制 10高速线材生产过程自动控制 了解高线控制系统、微张力系统、飞剪控制系统、活套控制系统 11百米重轨预弯过程控制 了解重轨生产工艺、预弯控制原理、预弯控制的实现等内容。 三、教学方式及学时分配 章次 章名 学时课次 备注 1 概述 21 2 过程控制系统动态数学模型 8 3 PID控制及调节过程 4 4控制系统的状态空间分析 105 5 系统的建模方法 2 1 6 最优控制与自适应控制系统 6 3 其中，另安排实验6学时 系统设计及集散型控制系统 4 2 连续式加热炉生产过程自动控制4 9 板带材生产过程自动控制 8 10 高速线材生产过程自动控制 4 2 11百米重轨预弯变形过程自动控制4 2 四、其它教学环节的要求
6.1时间最优控制系统 理解时间最优概念和求解 6.2二次性能指标最优控制系统 掌握最优调节器的求解 6.3 自适应控制系统 了解自适应控制的原理 7系统设计及集散型控制系统 7.1 系统控制基本原理 7.2 控制器类型及其控制作用 理解几种常用控制器类型和控制作用 7.3 串级控制系统 7.4 前馈控制系统 7.5 集散型控制系统 8连续式加热炉生产过程自动控制 了解温度控制模型、炉压模型、连续式加热炉自动控制系统工作原理 9板带材生产过程自动控制 了解热轧板过程控制基本内容、厚度控制、板形控制、张力控制、温度控制 10高速线材生产过程自动控制 了解高线控制系统、微张力系统、飞剪控制系统、活套控制系统 11 百米重轨预弯过程控制 了解重轨生产工艺、预弯控制原理、预弯控制的实现等内容。 三、教学方式及学时分配 章次 章名 学时 课次 备注 1 概述 2 1 其中，另安排实验6学时 2 过程控制系统动态数学模型 8 4 3 PID控制及调节过程 4 2 4 控制系统的状态空间分析 10 5 5 系统的建模方法 2 1 6 最优控制与自适应控制系统 6 3 7 系统设计及集散型控制系统 4 2 8 连续式加热炉生产过程自动控制 4 2 9 板带材生产过程自动控制 8 4 10 高速线材生产过程自动控制 4 2 11 百米重轨预弯变形过程自动控制 4 2 四、其它教学环节的要求
上课期间布置作业，掌握控制工程基本概念和原理，做为平时成绩。 五、本课程与其它课程的联系 需要先修或同时开设《塑性加工理论》、《塑性加工工程学》课程，然后再开设本课程：其后续 课程为《材料成型过程自动化》和《材料加工过程数学模型》。 六、考核方式 本课程是考试课。卷面成绩占80%，平时成绩（含实验成绩）占20%。 七、教学参考书目 []《材料成型控制工程基础教程》，李振亮主编，治金工业出版社2010年， 2]《材料成型过程控制》，刘航、曲扬，北京科技大学校内自编教材(2002年，第二版)。 [3]《过程控制》金以慧主编，清华大学出版社，2002年。 课程负贵人：李振亮执笔：李振亮审核：
上课期间布置作业，掌握控制工程基本概念和原理，做为平时成绩。 五、本课程与其它课程的联系 需要先修或同时开设《塑性加工理论》、《塑性加工工程学》课程，然后再开设本课程；其后续 课程为《材料成型过程自动化》和《材料加工过程数学模型》。 六、考核方式 本课程是考试课。卷面成绩占80%，平时成绩（含实验成绩）占20%。 七、教学参考书目 [1]《材料成型控制工程基础教程》，李振亮 主编，冶金工业出版社2010年， [2]《材料成型过程控制》，刘航、曲扬，北京科技大学校内自编教材（2002年，第二版）。 [3] 《过程控制》金以慧 主编 ，清华大学出版社，2002年。 课程负责人：李振亮 执笔：李振亮 审核：