进新课 课程名称 过程控制工程 型 (均匀控制系统的特 点、均匀控制方案) 教师姓名 授课学时 1学时(50分钟) 4。均匀控制系统 4.1均匀控制问题的提出及特点 4.2均匀控制方案 4.2.1常用的结构形式 教学内容 (1)简单均匀控制 (2)串级均匀控制 4.2.2控制规律的选择 通过本节内容的学习，使同学了解均匀控制的几个特点，同时掌握三 教学目的 种常用的均匀控制方案，理解如何选择控制规律。 均匀控制的特点： 教学重点 均控制的常用结构形式 难点：均匀控制的常用结构形式 教学难点 策略： 及相应的 通过几种结构形式的原理图的比较，掌握均匀控制的目的和 特点。 教学策略 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
课程名称 过程控制工程 课 型 讲新课 （均匀控制系统的特 点、均匀控制方案） 教师姓名 授课学时 1 学时（50 分钟） 教学内容 4．均匀控制系统 4.1 均匀控制问题的提出及特点 4.2 均匀控制方案 4.2.1 常用的结构形式 （1）简单均匀控制 （2）串级均匀控制 （3）双冲量均匀控制 4.2.2 控制规律的选择 教学目的 通过本节内容的学习，使同学了解均匀控制的几个特点，同时掌握三 种常用的均匀控制方案，理解如何选择控制规律。 教学重点 均匀控制的特点； 均匀控制的常用结构形式。 教学难点 及相应的 教学策略 难点：均匀控制的常用结构形式 策略： 通过几种结构形式的原理图的比较，掌握均匀控制的目的和 特点。 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 均匀控制系统 4.1均匀控制问题的提出及特点 过程生产的连续性一物料连续，前一设备出，后一设备进，前后设备的控制系 统经常会出现不协调（矛盾）。 加串联结馆塔系统 题的 岳 探究式 讲授法 LC FC 钟 甲塔控制液位，而乙塔要控制进料量，出现矛盾 解决办法：工艺上可在两塔之间加入缓冲罐一增加投资 控制系统上解决—一均匀控制系统 做法：把两参数统一考虑，只设置一个控制系统 如LC,然后调整控制器参数 1 提问：根据 0.5ww 简单控制 我们已经学 过的内容 如何解 这 20 40 60 80 100 一问题 提问：这种 方法是否可 行 05文 液 流量日 均匀控制 多媒体 演示法 2040 60 80 100 -1
- 1 - 时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 问 题 的 提 出 4 分 钟 4．均匀控制系统 4.1 均匀控制问题的提出及特点 过程生产的连续性——物料连续，前一设备出，后一设备进, 前后设备的控制系 统经常会出现不协调（矛盾）。 如串联精馏塔系统 甲 塔 乙 LC FC 塔 甲 塔 乙 LC FC 塔 甲塔控制液位，而乙塔要控制进料量，出现矛盾 探究式 讲授法 问 题 解 决 5 分 钟 解决办法：工艺上可在两塔之间加入缓冲罐——增加投资 控制系统上解决——均匀控制系统 做法：把两参数统一考虑，只设置一个控制系统， 如 LC，然后调整控制器参数 探究式 讲授法 提问：根据 我们已经学 过的内容， 如何解决这 一问题？ 提问：这种 方法是否可 行？ 多媒体 演示法
精馏塔 板书、 互动法 塔 均匀控 (a)K较大 (b)K较小 目的和 t (C)K-0 均匀控制目的：两参数都允许在一定范围内波动，但波动都不大 均匀控制系统的特点： (1)结构上无特殊性 可以是单回路，可以是串级，均匀是指控制目的，而不是指结构。 (2)参数都要允许变化，但都要缓慢，并且要有主次 (3)参数变化要限定范围（非定值控制，而是定范围控制》 注意：明确均匀控制意图。 与单回路控制的区别： (1)应用场合不同：简单均匀控制应用于要求液位和流量都需要兼项的场合： (2)控制器参数不同：简单均匀控生制应采用大比例度和大积分时间： (3)液位变送器量程范围不同：简单均匀控制的液位变送器量程范围较大，降 低液位检测的灵敏度，使液位控制不灵敏： (4)选择显示仪表不同：简单均匀控制系统的液位只需显示，但流量要记录： 简单液位控制系统的液位通常记录
- 2 - 均 匀 控 制 的 目 的 和 特 点 10 分 钟 LC LC 精 馏 塔 去下一塔 去下一塔 LC LC 精 馏 塔 去下一塔 去下一塔 LC LC 精 馏 塔 去下一塔 去下一塔 （C）KC→0 L F t L F t （a）KC较大 L F t （b）KC较小 （C）KC→0 L F t L F t （a）KC较大 L F t （b）KC较小 L F t L F t （a）KC较大 L F t （a）KC较大 L F t （b）KC较小 L F t （b）KC较小 均匀控制目的：两参数都允许在一定范围内波动，但波动都不大 均匀控制系统的特点： （1）结构上无特殊性 可以是单回路，可以是串级，均匀是指控制目的，而不是指结构。 （2）参数都要允许变化，但都要缓慢，并且要有主次 （3）参数变化要限定范围（非定值控制，而是定范围控制） 注意：明确均匀控制意图。 与单回路控制的区别： （1）应用场合不同：简单均匀控制应用于要求液位和流量都需要兼顾的场合； （2）控制器参数不同：简单均匀控制应采用大比例度和大积分时间； （3）液位变送器量程范围不同：简单均匀控制的液位变送器量程范围较大，降 低液位检测的灵敏度，使液位控制不灵敏； （4）选择显示仪表不同：简单均匀控制系统的液位只需显示，但流量要记录； 简单液位控制系统的液位通常记录。 探究式 讲授法 多媒体 演示法 板书、 互动法
4.2均匀控制方案 4.21常用的结构形式 (1) 简单均匀控制 结构与单回路相同，在控制器参数整定上不同，较大的比例度和积分时间（弱 控制作用)，适用于干扰不大，要求不高的场合。 单均匀 探究式 讲授法 图43简单均匀控制方案 钟 优点：简单易行，设备少，投运方便。 峡点：阀前后压力波动较大时，难以实现均匀控制。 调节器：一般选择比例作用，有时为防止连续出现同向扰动时被控参数超出工艺 规定的上下限范围，可适当加入积分作用。 (2)串级均匀控制 结构与串级系统相同，主控制器与简单均匀控制器参数设置相同。是应用最 多媒体 广的均匀控制系统。 演示法 精酒 自问自 答形式 控制 图4-4串级均匀控制方案 优点：能够克服阀前后压力波动的情况。 缺点：用表较多，系统投运相对复杂一些， 串级：用干提高塔釜液位的控制质量 均匀：充分利用塔釜有效缓冲容积的条件下，使塔釜液位与流出流量均匀调节
- 3 - 简 单 均 匀 控 制 8 分 钟 串 级 均 匀 控 制 方 案 8 分 钟 4.2 均匀控制方案 4.2.1 常用的结构形式 （1）简单均匀控制 结构与单回路相同，在控制器参数整定上不同，较大的比例度和积分时间（弱 控制作用），适用于干扰不大，要求不高的场合。 LC 图4-3简单均匀控制方案 优点：简单易行，设备少，投运方便。 缺点：阀前后压力波动较大时，难以实现均匀控制。 调节器：一般选择比例作用，有时为防止连续出现同向扰动时被控参数超出工艺 规定的上下限范围，可适当加入积分作用。 （2）串级均匀控制 结构与串级系统相同，主控制器与简单均匀控制器参数设置相同。是应用最 广的均匀控制系统。 LC LC 精 馏 塔 去下一塔 去下一塔 FC PC LC LC 精 馏 塔 去下一塔 去下一塔 FC PC 图4-4 串级均匀控制方案 LC FC 优点：能够克服阀前后压力波动的情况。 缺点：用表较多，系统投运相对复杂一些。 串级：用于提高塔釜液位的控制质量。 均匀：充分利用塔釜有效缓冲容积的条件下，使塔釜液位与流出流量均匀调节。 探究式 讲授法 多媒体 演示法 自问自 答形式
(3)双冲量均匀控制 一信号 冲量” 个控制器综合两个测量信与 两个需兼顺的被控变量之差最为被控变量 启发式 课堂讨论 互动法 量 控制 I=CHF-C2L+lo 稳定时，上和F的符号相反，抵消，1S 两个需兼顾的被控变量之和最为被控变量 I=C1p+C2-0 优点：具有串级的特点 缺点：投运复杂。 4.22控制规律的选择 简单均匀：控制器一纯比例，或比例积分 控制 串级均匀：主控制器一纯比例，或比例积分 规律 副控制器 一纯比例，或比例积分 启发式 双冲量均匀：控制器一比例积分 课堂 不能加微分控制规律 讨论法 利：积分的引入对液位参数有利，液位不越限，高频噪声 钟 弊：积分的引入对流量信号不利，平衡状态过程很短，积分饱和 小结 1总结本次课所讲的主要内容。 2布量课后练习及下节课预习任务。 探究式 课后练习： 讲授法 预习：
- 4 - 双 冲 量 均 匀 控 制 10 分 钟 （3）双冲量均匀控制 “冲量”——信号， “双冲量”——一个控制器综合两个测量信号 两个需兼顾的被控变量之差最为被控变量 IS IF I0=IL-IF+IS I0 FC IS IF I0=IL-IF+IS I0 FC I = C1I F - C2I L + I0 稳定时，I L 和 I F 的符号相反，抵消，I S 两个需兼顾的被控变量之和最为被控变量 LT FT LC ∑ IL ＋ ＋ IF － IB LT FT LC ∑ IL ＋ ＋ IF － IB I = C1IF + C2IL – I0 优点：具有串级的特点。 缺点：投运复杂。 启发式 课堂讨论 互动法 控制 规律 3 分 钟 4.2.2 控制规律的选择 简单均匀：控制器——纯比例，或比例积分 串级均匀：主控制器——纯比例，或比例积分 副控制器——纯比例，或比例积分 双冲量均匀：控制器——比例积分 不能加微分控制规律 利：积分的引入对液位参数有利，液位不越限，高频噪声 弊：积分的引入对流量信号不利，平衡状态过程很短，积分饱和 启发式 课堂 讨论法 小结 2 分 钟 1.总结本次课所讲的主要内容。 2.布置课后练习及下节课预习任务。 课后练习： 预习： 探究式 讲授法
课程名称 过程控制工程 讲新课 型 (均匀控制的理论分 析、 其他需要说明的问 教师姓名 授课学时 1学时(50分钟) 4.2.3参数整定 4.3均匀控制系统的理论分析 教学内容 4.4其他需要说明的问题 4.4.1气体压力与流最的均匀控制 4.4.2实现均匀控制的其他方法 教学目的 通过本节内容的学习，使同学理解均匀控制的参数整定问题，了解均 匀控制的理论分析 同时注意气体压力与流最均匀控制等问题。 教学重点 均匀控制的理论分析： 气体压力与流量的均匀控制。 难点：均匀控制的参数整定和理论分析 教学难点 策略： 及相应的 通过教师讲解举例和同学互动，掌握均匀控制参数整定的问 题，同时理解其理论分析方法。 教学策略 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合 5
- 5 - 课程名称 过程控制工程 课 型 讲新课 （均匀控制的理论分 析、其他需要说明的问 题） 教师姓名 授课学时 1 学时（50 分钟） 教学内容 4.2.3 参数整定 4.3 均匀控制系统的理论分析 4.4 其他需要说明的问题 4.4.1 气体压力与流量的均匀控制 4.4.2 实现均匀控制的其他方法 教学目的 通过本节内容的学习，使同学理解均匀控制的参数整定问题，了解均 匀控制的理论分析，同时注意气体压力与流量均匀控制等问题。 教学重点 均匀控制的理论分析； 气体压力与流量的均匀控制。 教学难点 及相应的 教学策略 难点： 均匀控制的参数整定和理论分析 策略： 通过教师讲解举例和同学互动，掌握均匀控制参数整定的问 题，同时理解其理论分析方法。 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
时间 教堂方法、 分配 教学过程 手段 4.2.3参数整定 串级均匀控制中的流量副控制器按普通流量控制器进行整定，其它形式的控制器 都需要按均匀控制的要求进行整定。 整定的原则一“慢”，过渡过程不能出现振荡 ①以保证液位不超出允许的波动范围，先设置好控制器参数。 探究式 ②修正控制器参数，充分利用容器的缓冲作用，使液位在最大允许的范围内波动 讲授法 输出流量尽量平稳。 ③根据工艺对流量和液位两个参数的要求，适当调整控制器的参数。 方法和步骤： 经盼法 定 均匀控制系统建议的整定参数 Tc/min 440 比例度 100-150 150-200 200-250 积分时间 10 15 多媒体 T心：停留时间，T心=VQ,V是容器的有效容积（相当于液位变送器测量范围的 演示法 容积)，Q是正常工况下的额定体积流量。 (1)比例度为100%，积分时间为无穷，微分时家为0： (2)比例度由大往小变化，看变化曲线，如果变化在允许范用内，则继续减 小比例度，若超范围 则增大比例度 直到 一值时 变化变化正好在 范围之内即可。若在总是受到同方向干扰时，偏差太远，可稍加积分
- 6 - 时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 参 数 整 定 15 分 钟 4.2.3 参数整定 串级均匀控制中的流量副控制器按普通流量控制器进行整定，其它形式的控制器 都需要按均匀控制的要求进行整定。 整定的原则——“慢”，过渡过程不能出现振荡 ①以保证液位不超出允许的波动范围，先设置好控制器参数。 ②修正控制器参数，充分利用容器的缓冲作用，使液位在最大允许的范围内波动， 输出流量尽量平稳。 ③根据工艺对流量和液位两个参数的要求，适当调整控制器的参数。 方法和步骤： 经验法： 均匀控制系统建议的整定参数 积分时间 5 10 15 比例度 100-150 150-200 200-250 Tc/min 40 积分时间 5 10 15 比例度 100-150 150-200 200-250 Tc/min 40 Tc : 停留时间，Tc = V/Q, V 是容器的有效容积（相当于液位变送器测量范围的 容积），Q 是正常工况下的额定体积流量。 （1） 比例度为 100%，积分时间为无穷，微分时家为 0； （2） 比例度由大往小变化，看变化曲线，如果变化在允许范围内，则继续减 小比例度，若超范围，则增大比例度，直到某一值时，变化变化正好在 范围之内即可。若在总是受到同方向干扰时，偏差太远，可稍加积分。 探究式 讲授法 多媒体 演示法
4.3均匀控制系统的理论分析 常规的基于传递函数分析方法（略） 课本中介绍的关联系统分析方法 理论分 「G,G. G G 多媒体 八分 ☒ 演不法 板书、 互动法 图46单输入双输出均匀控制系统图4一】双输入双输出均匀控制系统 (1)单输入双输出的双变量现象，为本质关联对象： (2)图4-7为双边关联对象，当G12、G21中有一个为零时，为单边关联对象 当G12和G21都为零时，为非关联对象。 4.4其他需要说明的问题 41 气体压力与流量的均匀控制 对于汽相物科， 前后设备间的均匀控制一般是压力和流量的串级均匀控制 气体 与 去加氢反应器 控制 精馆塔 分离器 25 钟 回流泵 液相：液位、流量 气相：压力、流量 .7
- 7 - 理 论 分 析 8 分 钟 气体 压力 与 流量 均匀 控制 25 分 钟 4.3 均匀控制系统的理论分析 常规的基于传递函数分析方法（略） 课本中介绍的关联系统分析方法 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = V V G G G 2 1 G1V G2V G 图4—6 单输入双输出均匀控制系统 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = 21 22 11 12 G G G G G u1 u2 G x1 x2 图4—7 双输入双输出均匀控制系统 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = V V G G G 2 1 G1V G2V G 图4—6 单输入双输出均匀控制系统 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = 21 22 11 12 G G G G G u1 u2 G x1 x2 图4—7 双输入双输出均匀控制系统 （1）单输入双输出的双变量现象，为本质关联对象； （2）图 4-7 为双边关联对象，当 G12、G21 中有一个为零时，为单边关联对象， 当 G12 和 G21 都为零时，为非关联对象。 4.4 其他需要说明的问题 4.4.1 气体压力与流量的均匀控制 对于汽相物料，前后设备间的均匀控制一般是压力和流量的串级均匀控制， 精馏塔 回流泵 去加氢反应器 分离器 PC FC 精馏塔 回流泵 去加氢反应器 分离器 PC FC 液相：液位、流量 气相：压力、流量 探究式 讲授法 多媒体 演示法 板书、 互动法
(a)精馏段冷凝器压力和气相出料均匀控制 多媒体 演示法 (b)精馏段冷凝器压力和液相出料均匀控制 液位流量均匀控制：被控变量是液体流量 兼顾的累积量变化用液位变化表征 压力流量均匀控制：被控变量是气体流量 兼顾的累积量变化用气压变化表征 4.42实现均匀控制的其他方法 除了采用单回路、串级、双冲量等结构形式，参数整定上采取措施，也可以 采用非线性控制器来实现。这将在第8章中介绍。 小结 1.总结本次课所讲的主要内容。 2布置课后练习及下节课预习任务。 探究式 分 课后练习：课本P914.6 讲授法 预习
- 8 - 气体 压力 与 流量 均匀 控制 25 分 钟 （a）精馏段冷凝器压力和气相出料均匀控制 前塔 PL 后塔 （a）精馏段冷凝器压力和气相出料均匀控制 前塔 PL 后塔 LC FC 前塔 后塔 （b）精馏段冷凝器压力和液相出料均匀控制 LC FC 前塔 后塔 （b）精馏段冷凝器压力和液相出料均匀控制 液位-流量均匀控制：被控变量是液体流量 兼顾的累积量变化用液位变化表征 压力-流量均匀控制：被控变量是气体流量 兼顾的累积量变化用气压变化表征 4.4.2 实现均匀控制的其他方法 除了采用单回路、串级、双冲量等结构形式，参数整定上采取措施，也可以 采用非线性控制器来实现。这将在第 8 章中介绍。 探究式 讲授法 多媒体 演示法 自问自 答形式 小结 2 分 钟 1.总结本次课所讲的主要内容。 2.布置课后练习及下节课预习任务。 课后练习：课本 P91 4.6 预习： 探究式 讲授法
