案例应用课程：化工仪表及自动化                   

课程代码：N19ZY07003

课程类型：专业课程 

课程开课部门：马克思主义学院

授课对象：应用化学专业学生

案例设计者：谭 超

一、案例应用章节或知识点

本案例适用于“串级控制”。

二、案例意义与育人目标

本案例围绕串级控制系统作了知识性的讲解，也对其蕴含的思想、观念作了深刻的感悟，使学生深入理解并掌握化工自动化相关知识及其在专业领域中的重要作用。与此同时，激励学生将自动化课程的相关知识和解决问题的思路应用到日常的学习、生活和工作中，培养学生的社会责任感、团队合作精神和创新精神，增强“四个自信”，引导学生树立正确的人生观、世界观、价值观，促进大学生的全面发展。

三、案例内容

思政元素挖掘：从简单控制系统到复杂控制系统的提法中能潜移默化培养学生“坚毅不拔、勇往直前”的毅力；通过引入中间变量将原来的对象划分为两个部分，其中采用了“分而治之”的思想；主、副回路相互配合、相互补充，体现了“协同、创新、团结就是力量”；由串级控制系统具有一定的自适应能力，体现了“变通”；从解决过程控制中“大滞后”的举措中，体现“先人一步、笨鸟先飞”；在副变量的挑选考量中，体现了要兼顾不要极端的观念。

设计思路：聚焦串级控制系统的发展、运行过程及要求，感悟人生道理，阐述思想观念。

教学方法：讲授法、提问法、讨论法。

教学过程

简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、最基本、应用最广的一种形式，在工厂中约占全部自动控制系统的80%左右。然而，随着工业的发展，生产工艺的革新，生产过程的大型化和复杂化，必然导致对操作条件的要求更加严格，变量之间的关系更加复杂，同时，现代化生产往往对产品的质量提出更高的要求，例如甲醇精馏塔的温度偏离不允许超过1度，石油裂解气的深冷分离中，乙烯纯度要求达到99. 99%。这些问题的解决都是简单控制系统所不能胜任的，因此，相应地就出现了一些与简单控制系统不同的其他控制形式，统称为复杂控制系统。从“简单到复杂”的提法本身就蕴藏“由浅入深、精益求精、追求卓越”等理念，能潜移默化培养学生“坚毅不拔、勇往直前”的毅力。串级控制主要针对那些“滞后较大，干扰比较剧烈、频繁”而简单控制难以奏效的对被控象。通过引入中间变量（副变量）将原来的对象划分为两个部分（主对象和副对象），其中采用了“分而治之”的思想，构建两个嵌套的内外回路，两个回路分别克服不同的干扰，同时又相互配合克服某些特定干扰，可达更好的控制效果；副回路具有先调、粗调、快调的特点，主回路具有后调、细调、慢调的特点，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，大大提高了控制质量。其中集中体现了“协同、创新、团结就是力量”。以两个变量为基础构建的串级控制不是简单两个简单控制回路，引导学生能领悟到“1+1>2”的道理，培养团队精神。

串级控制的优势还可从系统结构上去分析。串级控制系统有两个闭合回路，两个控制器，两个测量变送器，分别测量主变量和副变量，主回路是个定值控制系统，而副回路是个“随动”控制系统。由此可见，副回路的设定值是随时变化的。由于串级控制系统增加了副回路，因此具有一定的自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。这些分析让学生明白“环境是变化的，我们要主动适应环境变化，以变化求生存，改变传统的就业观念”。串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象的特性，使控制过程加快，具有“超前”控制作用，这也是解决过程控制中“大滞后”的一大举措。学生可以从中感受到“先人一步、笨鸟先飞”的好处，在自己的学习中，要做到提前预习，在就业应聘中要先了解目标单位，做好准备。在串级控制设计中关键的一项工作就是副变量的挑选（直接决定了副回路），要考虑其所决定的副回路包含主要干扰和尽量多的次要干扰，但又要注意不能靠主变量太近。这就提醒我们：在人生道路上，做决策的时候要注意兼顾多方的利益，不能走极端。

四、育人效果

通过提问、讨论等方法的教学，提高学生的课堂参与度，增加课堂活跃度。本课程的学习，让学生真正领悟到了自动化系统的学习不能停留在表面，而是要分析其底层的设计逻辑。典型工业生产过程＝生产工艺＋生产设备＋自动控制。“控制”这一概念本身即反映了人们对征服自然的渴望。本课程不仅让学生达到了传统的课程教学目标，也让其深刻领悟到“控制”对社会和人生的重要性。当前“无人工厂、自动驾驶、国家安全、登月计划”都离不开控制技术的支撑。对于一个现代化的企业，“控制技术的水平”很大程度上决定其兴衰。我们每个人都是一个被控对象，自己要学会把控自己的人生轨迹，以不变应万变，在错综复杂的干扰中，不断优化自己的控制通道，筑牢信仰之基，补足精神之钙，把稳思想之舵，努力实现自己的人生理想和社会价值。