教学方法

在过程建模与过程检测控制仪表部分，采用多媒体与传统教学方法相结合，特别是在过程检测控制仪表讲授时，借助于多媒体设备，大大省去了仪表原理图或电路图在黑板上的绘制时间，这样就可以提高上课效率与教学质量。

在过程控制系统设计部分，针对学院实验室现有的实验设备，采用案例教学与基于问题式教学方法相结合，按照过程控制系统各个典型组成部分依次展开教学内容，对每个部分给出设计的方案与依据。无论在单回路过程控制系统设计部分，还是多回路过程控制系统设计部分均引入计算机仿真来辅助系统设计，让学生通过数字仿真的方法观察不同控制器对整个系统的影响，并经反复调试达到满意的控制效果。此外，还要利用半实物仿真的方式对过程控制系统进行控制器的设计，这样就使学生不仅在理论上掌握控制器设计的方法，而且从实践上也能加深对整个系统设计思想的理解。

根据以上的课程特点、课程培养目标，必须要加强工程思维与工程意识的培养，引入案例式教学、讨论式教学等，推进O2O课程教学，使学生能够积极主动地学好本课程，实现以学生为主体、以能力培养为宗旨的课程培养目标，满足现代工科高校适应社会发展的教育需求。这种O2O课程教学模式是将传统课堂分成线上和线下两部分进行。线上部分主要完成一般知识点的讲解、在线练习、作业辅导、辅导答疑、交流讨论以及技术资料的查阅等，而线下部分主要完成重点与难点知识内容的讲授、大作业设计以及上机实验等，其目的就是为了学生正确理解、掌握以及运用各重点知识内容，提高学生的动手实践能力与解决问题的能力。

通过本课程学习，使学生做到各章概念融会贯通，工程设计方法灵活运用，分析与解决实际生产过程的控制问题。主要培养学生以下几个方面的能力：

1.能够根据过程的内部机理，运用一些已知的原理或定律对简单的工业生产过程进行理论建模；能够根据过程输入、输出的实验数据，通过过程辨识与参数估计的方法对实际的或复杂的被控过程进行建模。使学生对复杂工程问题具有数学建模的能力。

2.能够根据工业过程系统的测量要求（如精度、灵敏度等），合理选择温度、压力、流量、液位等检测仪表及其变送器；能够根据工业过程控制系统的性能指标要求，合理选择调节器与调节阀等控制仪表；能够根据工业生产过程技术指标，确定出合理的设计方案。

3.能够根据工业过程控制系统的结构与参数，应用自动控制理论，结合工程整定方法设计控制器，并通过仿真手段验证系统性能是否满足指标要求；使学生具备综合运用基础理论、专业知识及技术手段分析与解决工业过程控制问题并对实施效果进行评估分析的能力。

4.能够对复杂过程控制系统的结构、原理、特点以及控制器设计等进行深入了解与分析，合理选择控制方案并通过仿真的手段设计满足系统要求的控制器；使得学生具有识别系统的结构、功能与实现原理的能力。

Reference books:

William Y. Svrcek, Donald P. Mahoney, Brent R. Young. A Real-Time Approach to Process Control, 3rd Edition, Wiley, 2014.

Franklyn W. Kirk, Thomas A Weedon, and Philip Kirk, Instrumentation and Process Control, 6th Edition, American Technical Publishers, Inc, 2014.

案例设计

本课程针对实验室现有的实验设备，采用案例教学与实验环节相结合，设计了水箱液位过程控制系统，其原则是该系统能够基本覆盖本课程的全部知识点，目标就是使学生能够对实际的过程控制系统进行系统建模、特性分析、控制器的理论设计与工程设计以及串级控制系统的调节器设计，以培养与提高学生解决工程实际问题的综合能力。

案例设计的具体思路包括：

1）对实际水箱液位对象进行机理分析法与试验法建模，覆盖过程建模部分的知识点，培养学生系统建模的能力；

2）对实际水箱液位控制系统中所选用的控制仪表与检测仪表进行论证，涉及过程检测控制仪表部分的知识点，有利于学生正确分析所选用仪表的特性；

3）对实际水箱液位对象控制的单回路系统进行控制器设计，包括理论设计与工程整定，并进行离线仿真与调试，覆盖简单过程控制系统设计部分的知识点，使学生掌握控制器的设计方法；

4）对实际水箱液位对象控制的前馈-反馈复合系统进行控制器设计，主要是理论设计，并通过仿真实验加以验证以满足设计要求，覆盖前馈-反馈控制系统部分的知识点，有效提高学生对复合控制系统的设计能力。

作业设计

由于本课程主要讲述的是自动化仪表和过程控制系统的分析、设计及控制器参数整定方法。因此，本课程的习题应以综合分析与设计的题目为主，还要有一些针对性较强的习题，来考察学生对基本概念、原理性的问题以及过程控制系统设计方法的掌握情况。通过学生完成上述习题的情况，了解学生的知识掌握情况，针对存在的问题做进一步的改进。

为了实现本课程的教学目标，还设计了提高学生综合解决实际过程控制系统设计问题的大作业，这包括：

1. 对实际案例进行机理分析法与试验法建模，覆盖过程建模部分的知识点，培养学生系统建模的能力；

2. 对实际案例中所选用的调节阀测取其流量特性，涉及过程控制仪表部分的知识点，有利于学生正确分析所选用仪表的特性；

3. 对实际案例中的单回路控制系统进行控制器设计包括理论设计与工程设计，并进行离线与在线仿真调试再加以比对，覆盖简单过程控制系统设计部分的知识点，使学生掌握控制器的设计方法，提高解决各种实际问题的能力；

4. 对实际案例中的串级控制系统进行控制器设计，主要是理论设计，并通过实验加以验证以满足工程设计要求，覆盖复杂过程控制系统部分的知识点，有效提高学生对串级控制系统的设计能力。

本学期课程期末总成绩分配：平时成绩20%，大作业成绩20%，实验成绩10%，期末考试50%。其中：平时成绩由超星泛雅教学平台自动计算，具体权重设置如下：

1）课后作业：占10%，即各章节作业成绩的平均分（全部网上提交并打分）；

2）课堂互动：占3%，课上参与讨论或提问，满分为100；

3）签到：占2%，每签到一次加1分，满分20分；

4）课程视频：占35%，以发布的任务点为准，每人至少观看2遍视频（课前预习与课后复习）；

5）单元测验：占15%，以发布的任务点为准；

6）访问数：占5%，300次为满分；

7）参与讨论或发帖：占10%，一帖5分，满分100，坚决禁止回复诸如点赞、同意、很好等灌水帖；

8）考试：占15%，两次考试的平均分；

9）奖励：占5%，满分为100分。

本课程是一门综合性和实践性都较强的课程，其内容涵盖比较广泛，主要包括过程建模与过程检测控制仪表、过程控制系统设计两部分内容。本课程前一部分本身理论性不是很强，只要求学员了解与掌握被控过程的常用建模方法、仪表的原理、仪表的选用原则以及适用场合等；而后一部分即过程控制系统设计部分的重点是运用工程方法和常规控制策略来设计系统，并使之满足期望的指标要求，包括控制方案的设计、检测控制仪表的选择以及控制器的设计等。因此，学好本课程需要更多地了解工程实际问题的解决方法，并能灵活运用。

通过本课程学习，使学员做到各章概念融会贯通，工程设计方法灵活运用，分析与解决实际生产过程的控制问题。主要培养学员以下几个方面的能力：

1.能够根据过程的内部机理，运用一些已知的原理或定律对简单的工业生产过程进行理论建模；能够根据过程输入、输出的实验数据，通过过程辨识与参数估计的方法对实际的或复杂的被控过程进行建模。使学生对复杂工程问题具有数学建模的能力。

2.能够根据工业过程系统的测量要求（如精度、灵敏度等），合理选择温度、压力、流量、液位等检测仪表及其变送器；能够根据工业过程控制系统的性能指标要求，合理选择调节器与调节阀等控制仪表；能够根据工业生产过程技术指标，确定出合理的设计方案。

3.能够根据工业过程控制系统的结构与参数，应用自动控制理论，结合工程整定方法设计控制器，并通过仿真手段验证系统性能是否满足指标要求；使学生具备综合运用基础理论、专业知识及技术手段分析与解决工业过程控制问题并对实施效果进行评估分析的能力。

4.能够对复杂过程控制系统的结构、原理、特点以及控制器设计等进行深入了解与分析，合理选择控制方案并通过仿真的手段设计满足系统要求的控制器；使得学生具有识别系统的结构、功能与实现原理的能力。

适合自动化专业及其相关专业的师生、研究生或从事工业生产过程自动化的工程技术人员学习本课程。