范忠雷

（郑州大学 化工与能源学院，河南 郑州 450001）

《过程装备控制技术及应用》课程教学方法探讨

范忠雷

（郑州大学 化工与能源学院，河南 郑州 450001）

本文针对《过程装备控制技术及应用》传统教学过程中存在的问题，在教学中引入控制工程的理论与控制系统仿真技术去分析和验证专业教学中的经验性内容。该教学方式促进了理论课与专业课的衔接，有效提高了学生的学习热情。

过程装备控制技术；教学改革；仿真软件

一、存在问题

《过程装备控制技术及应用》是过控专业本科生在大学物理、控制工程基础等课程之后所修的一门专业课，教材选用王毅、张早校主编的国家级规划教材（第二版），内容涵盖仪表、电路、自动控制等多方面的知识。在授课过程中，主要发现有如下一些特点和问题：一是本课程涉及到检测、控制装置、简单和复杂过程控制系统、计算机控制系统等内容，内容多且繁杂，学生普遍反映该课程内容抽象、不连贯、不容易掌握。二是在课程安排上，过控专业学生在第三学年学习《过控制过程基础》课程，第四学年学习本课程，本希望通过控制工程的学习为专业课提供帮助，但从目前的反馈信息看，多数学生认为两门课程的知识点联系少，不能有效把理论知识用到专业课的学习中。三是本课程内容涉及面广，知识点多，许多理论知识不直观，内容抽象，学生难以将理论与实际过程相结合，教师在传统教学过程中，课程教学效果不佳。

二、教学探讨

针对这些问题，在教学过程中本人进行了三个方面的尝试和探索。

首先，根据《过程装备控制技术及应用》教材内容和知识点多、容量大的特点，本人结合目前化工和过控专业现状，精心选择授课内容，把相关内容进行调整，按控制类型为主线、目前生产中常用仪器及新的知识点为补充，以授课和讲座形式安排课程内容的讲解，通过精心组织教学内容、达到突出教学重点的目的。

其次，过程装备控制技术及应用是一门实践性极强的专业课，涉及很多经验性内容，学生不易理解，加之专业教师往往强调实践而忽略与前期理论课程的联系，易造成理论课和专业课的脱节。如能在教学中有意识地强化理论知识应用，搭建与实际联系的桥梁，不仅有助于本课程的学习，更能提高学生对新旧课程的学习兴趣。

此外，控制系统有许多概念抽象，且多涉及动态过程的探讨，如教学过程中借用相关自动控制系统仿真技术或相关软件，能直接对系统被控变量的变化过程进行直观显示，验证相关经验知识，将有助学生对实际过程和控制系统的理解和掌握。

三、教学实践

基于上述理念，对《过程装备控制技术及应用》课程部分内容进行了教学实践。如在讲授单回路控制系统时，调节器的调节规律是一个重要知识点，传统教学往往采用PID定义、定性描述调节器参数对控制过程影响、以及工程整定等授课形式，学生不容易掌握。我们在进行教学时（以比例控制P为例），首先对Bode图进行了回顾，给出比例控制器控制规律的定义和传递函数，为：

其频率特性、对数幅频特性和对数相频特性为：

然后探讨被控对象特性，如两个惯性环节构成的零型系统的传递函数为则其幅频和相频特性曲线见图1中未校正曲线线。由该被控对象构成的单回路控制系统经比例控制器校正后，系统频率特性曲线见图中已校正曲线。

图1 零型系统的比例控制作用

可以看出，校正后（Kp＞1），系统的性能变化为：

（1）开环增益加大，稳态误差减小，即改善了系统的稳态性能。

（2）幅值穿越频率ωc增大，过渡过程时间ts缩短，即改善了系统的快速性。

（3）稳定裕量减小甚至可能为负值，即系统稳定性变差。

在Bode图分析基础上，提出控制器比例度的概念以及比例度对控制系统过度过程的影响。同时，为了验证Bode图和经验对控制过程影响的分析，还可以利用热工仿真软件或Matlab软件，对上述课程知识点进行软件仿真验证，见图2。通过仿真，学生能直观地看出参数变化对系统的影响，得出控制规律，验证经验结论。

图2 P=0.1、1、5、10时，系统模拟输出曲线

可以看出通过Bode图能清晰阐述PID控制规律对被控对象性能的影响，借助仿真技术可以使学生直观了解控制规律及其参数对控制过程的影响，从而提高授课效果和学习效率。通过上述实践，构建了理论与实践的桥梁，并辅以相应的仿真验证，更有利于学生新旧知识的衔接，提高学生学习热情，调动学习积极性。

[1]王毅，张早校.过程装备控制技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2010.

G642.0

A

1674-9324（2014）28-0095-02

范忠雷（1972-），男，河南沁阳人，副教授，从事过控专业的教学工作。