自考08173过程控制工程考试大纲（2025年版）
湖南省高等教育自学考试课 程考 试大 纲过程控制工程 （课程代码：08173）
湖南省教育考试院组编 2025 年 6 月08173 过程控制工程考试大纲第 1 页（共 14 页） 高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：过程控制工程课程代码：08173
第一部分课程性质与目标
一、课程性质与特点
过程控制工程是高等教育自学考试自动化专业的选考课程。过程控制工程作为自动化技术的重要组成部分, 在现代工业生产过程自动化中, 正在为实现各种最优技术经济指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境、提高市场竞争能力等方面起着越来越巨大的作用。
二、课程目标与基本
要求通过本课程的学习，要求考生能够根据实际工业生产过程的特点，采用测量仪表、 执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，对工业生产过程进行分析、设计、建模与控制。基本要求：
1.了解过程控制系统的设计目的与设计步骤以及具体实现；
2.掌握控制系统动态特性与过程对象建模方法；
3.掌握常规 PID 控制策略，掌握控制系统的分析、设计与实施技术；
4.掌握串级、均匀、比值、分程、选择、阀位等复杂控制系统的基本原理、系统分析及设计；
5.了解先进控制算法，掌握其设计思想、概念、特点及适用场合；
6.掌握典型工业设备（如换热器、加热炉、工业锅炉、精馏塔等）自动控制系统的设计与应用技术。
三、与本专业其他课程的关系
本课程是自动化专业考生的专业课。其先修课程是自动控制原理（本）、计算机控制系统等课程，本课程的后继课程是智能仪器、DCS 及现场总线技术等课程。本课程的学习对全面掌握自动化专业各学科起到非常重要的作用。
第二部分考核内容与考核目标
第一章 过程控制概论
过程控制通常指石油、化工、电力、冶金等工业部门生产过程的自动化。
通过本章的学习，了解过程控制的基础概念、组成、分类、策略、任务和要求，理解控制仪表与控制装置。了解过程控制系统发展的阶段与趋势并能够结合实际应用说明过程控制系统在现实工业企业中的应用。
（一）控制系统的组成与目标（一般）
08173 过程控制工程考试大纲第 2 页（共 14 页）识记：1.控制系统的由来
2.控制系统的组成
3.过程控制的术语与目标（二）控制仪表与控制装置（次重点）
理解：1.单元组合控制仪表
2.计算机控制装置
（三）过程控制策略（重点）
理解：1.反馈控制
2.前馈控制
（四）反馈控制系统的分类（一般）识记：反馈控制系统的分类（五）过程控制的任务和要求（一般）识记：1.过程控制的要求
2.过程控制的任务
第二章 过程动态特性
过程的动态特性决定了对象容易控制还是难以控制，还能决定调节过程的快慢。全面了解和掌握过程的动态特性，才能合理地设计控制方案，选择合适的自动化仪表，进行控制器参数整定。
通过本章的学习，掌握典型工业过程的动态特性，掌握机理建模方法，理解测量变送环节和控制阀，了解广义对象及经验建模方法。本章的难点内容为：典型工业过程的动态特性和控制阀。
（一）典型工业过程的动态特性（重点）识记：典型工业过程的动态特性理解：1.自衡过程
2.非自衡过程
（二）机理建模方法（重点）识记：机理建模的步骤理解：常用的方程应用：1.机理建模举例
2.机理建模
（三）测量变送环节（次重点）识记：测量误差理解：测量信号的处理08173 过程控制工程考试大纲第 3 页（共 14 页）
（四）控制阀（重点）识记：控制阀概述理解：1.流量特性和阀门增益
2.流量特性的选择
应用：选择控制阀
（五）广义对象及经验建模方法（次重点）识记：1.广义对象的概念
2.经验建模的步骤
理解：广义对象的测试法建模应用：建立广义对象的数学模型
第三章 反馈控制
对于某个被控对象，选择好测量变送器和末端执行元件后，控制效果的好坏是由所选择的反馈控制器以及相应的控制器参数所决定的。因此反馈控制器的选择及其参数设置对于控制质量起着举足轻重的作用。
通过本章的学习，了解控制系统的性能指标，掌握三种常规的反馈控制模式和 PID 控制器的选取与整定。本章的难点内容为：三种常规的反馈控制模式和 PID 控制器的选取与整定。
（一）控制系统的性能指标（一般）识记：控制系统的性能指标理解：1.以阶跃响应曲线的特征参数作为性能指标
2.偏差积分性能指标（二）三种常规的反馈控制模式（重点）
理解：1.比例控制
2.比例积分控制
3.比例积分微分控制（三）PID 控制器的选取与整定（重点）识记：控制器的选型理解：1.PID 参数整定
2.PID 参数自整定应用：1.控制器的选取
2.控制器的整定
（四）单回路反馈控制系统的投运（次重点）
08173 过程控制工程考试大纲第 4 页（共 14 页）识记：单回路反馈控制系统的投运应用：投运控制系统注意事项
第四章前馈控制和比值控制对于那些采用反馈控制无法获得满意效果且干扰可在线侧量的过程，加入前馈控制往往能显著改善控制品质。
通过本章的学习，掌握前馈控制的基本原理和比值控制系统，理解前馈控制系统的结构形式。本章的难点内容为：前馈控制的基本原理和比值控制系统。
（一）前馈控制系统（重点）识记：前馈控制系统的特点理解：前馈控制的基本原理（二）前馈控制系统的结构形式（次重点）
理解：1.静态前馈
2.动态前馈
3.前馈反馈控制
4.多变量前馈控制
5.用计算机实施前馈控制应用：实施前馈控制（三）比值控制系统（重点）
理解：1.定比值控制
2.变比值控制
3.比值控制的实施
4.比值控制系统的设计与投运
5.比值控制系统中的若干问题应用：1.设计比值控制系统
2.投运比值控制系统
第五章其他典型控制系统为了提高效率减少成本，工艺过程以及装置设备变得越来越复杂，采用传统的单回路 PID 控制往往不能达到控制要求，因此就有一些改进的控制策略。这些控制策略大都是在单回路 PID 反馈控制的基础上进行了改进。
通过本章的学习，了解非线性过程增益补偿，掌握串级控制系统和均匀控制，理解08173 过程控制工程考试大纲第 5 页（共 14 页） 选择性控制系统、分程控制系统和阀位控制系统。本章的难点内容为：串级控制系统和均匀控制。
（一）串级控制系统（重点）识记：串级控制的概念及方框图描述理解：1.串级控制系统分析
2.串级控制系统设计应用：1.串级控制系统举例
2.设计串级控制系统（二）均匀控制（重点）识记：均匀控制的由来理解：1.均匀控制的实现
2.均匀控制的控制器参数整定应用：设计均匀控制的控制器（三）选择性控制系统（次重点）
理解：1.用于设备软保护的选择性控制
2.其他选择性控制系统应用：设计选择性控制系统（四）分程控制系统和阀位控制系统（次重点）
理解：1.分程控制系统
2.阀位控制系统
应用：1.设计分程控制系统
2.阀位控制系统
（五）非线性过程增益补偿（一般）识记：非线性过程的特点理解：1.非线性增益补偿方法
2.pH 中和过程控制应用：非线性过程增益补偿
第六章 计算机控制系统
DCS（集散型控制系统）已成为现代工业生产过程控制的主要自动化工具，同时 DCS 本身随着计算机和通信网络技术的发展也在不断改进。
通过本章的学习，了解 DCS（集散型控制系统）的系统结构，掌握信号采集与处理及数字 PID 控制算法。本章的难点内容为：信号采集与处理及数字 PID 控制算法。
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（一）计算机控制系统概述（一般）识记：1.DCS（集散型控制系统）的系统结构
2.电烤箱的微机控制（二）信号采集与处理（次重点）
理解：1.信号采集与变换
2.信号处理与数据滤波应用：1.采集信号
2.处理信号
（三）数字 PID 控制算法（重点）
理解：1.数字 PID 控制算式
2.数字 PID 改进算式
3.数字 PID 控制的实现应用：实现数字 PID 控制（四）数字控制系统举例（次重点）识记：1.DCS（Distributed Control System）概念
2.JX-300X 系统结构
3.JX-300X 系统软件应用：设计数字控制系统
第七章 多回路控制系统分析与设计大多数产过程属典型的多输入多输出
(Multi Input Multi Output,MIMO）系统，包括多个操纵变量与多个被控变量，这些被控变量与操纵变量之间往往存在着某种程度的相互影响。应用多变量控制技术，从生产过程的全局出发，直接进行多变量系统的设计，不仅可以避免或减弱各个被控变量之间的耦合，而且还能达到一定的优化指标，使系统达到更高的控制水平。
通过本章的学习，掌握相对增益矩阵的计算，掌握耦合系统的变量配对与控制参数整定和多回路系统的解耦设计。本章的难点内容为：相对增益矩阵的计算、耦合系统的变量配对与控制参数整定。
（一）相对增益（重点）识记：相对增益的概念理解：相对增益矩阵的计算应用：计算相对增益08173 过程控制工程考试大纲第 7 页（共 14 页）
（二）耦合系统的变量配对与控制参数整定（重点）
理解：1.耦合系统的变量配对
2.耦合多回路系统的控制参数整定应用：整定耦合多回路系统的控制参数（三）多回路系统的解耦设计（次重点）识记：多回路系统的解耦方法分类理解：1.基于方块图的线性解耦器
2.基于过程机理的非线性解耦器应用：1.动态线性前馈解耦
2.静态线性前馈解耦
3.稳态部分线性解耦
4.静态非线性完全解耦
第八章基于模型的控制方法在工业生产过程中，被控对象除了具有容积滞后外，往往不同程度地存在着纯滞后。
具有纯滞后的过程被公认为是较难控制的过程，具有大纯滞后的工艺过程会因为超调严重而出现聚爆、结焦等停产事故。因此大纯滞后过程一直受到人们的关注，成为重要的研究课题之一。
通过本章的学习，掌握史密斯补偿原理和内模控制的设计方法，了解模型预测控制的基本原理。本章的难点内容为：史密斯补偿原理。
（一）史密斯预估控制（重点）识记：1.解决纯滞后影响的常规反馈控制方案
2.史密斯预估器的几种改进方案理解：史密斯补偿原理应用：改进型史密斯预估器（二）内模控制（次重点）识记：内模控制系统的结构与性质理解：1.内模控制器的设计方法
2.改进型内模控制系统应用：设计内模控制器（三）模型预测控制（重点）识记：1.预测控制软件包简介
2.模型预测控制的基本原理08173 过程控制工程考试大纲第 8 页（共 14 页）
理解：1.SISO 无约束动态矩阵控制
2.MIMO 受约束动态矩阵控制应用：1.DMCplus 预测控制技术
2.RMPCT 预测控制技术（四）应用示范（次重点）识记：Wood-Berry 塔的预测控制仿真应用：1.工业应用实例
2.设计预测控制器
第九章过程控制系统方案设计过程控制除单回路控制系统外，还包括串级控制、比值控制、选择控制、分程控制和阀位控制等基本控制方案。
通过本章的学习，熟悉几种常用的控制方案。
（一）概论（一般）
识记：几种控制方案的特点（二）连续放热反应釜的控制（重点）识记：连续反应釜的控制问题应用：1.连续放热反应釜的改进控制方案
2.串级控制设计
（三）处理废水的氯化消毒处理（重点）识记：处理废水的氯化消毒处理控制方案要求应用：1.处理废水的氯化消毒处理控制方案设计
2.比值控制设计
（四）烃类废气收集罐的压力控制（重点）识记：烃类废气收集罐的压力控制方案要求应用：1.烃类废气收集罐的压力控制方案设计
2.选择控制设计
3.分程控制设计
4.阀位控制设计
第十章 传热设备的控制
08173 过程控制工程考试大纲第 9 页（共 14 页） 在许多工业生产过程中，均需要根据具体的工艺要求，对物料进行加热或冷却来维持一定的温度，对于化学反应，为了使反应能达到预定要求，更需要严格控制一定的反应温度，这也要靠冷却或加热才能实现。因此，对传热设备的控制也就显得格外重要。
通过本章的学习，了解传热设备的静态与动态特性，理解换热设备的控制，掌握加热炉的控制和锅炉设备的控制。本章的难点内容为：加热炉的控制和锅炉设备的控制。
（一）传热设备的静态与动态特性（次重点）识记：1.传热设备的典型类型
2.热量传递的三种方式
3.换热设备的结构类型理解：1.换热设备的静态特性
2.换热设备的动态特性（二）换热设备的控制（重点）识记：换热设备进行换热的目的理解：1.换热器的控制
2.蒸汽加热器的控制
3.冷凝冷却器的控制应用：1.换热器的控制方案
2.蒸汽加热器的控制方案
3.冷凝冷却器的控制方案（三）加热炉的控制（重点）识记：1.加热炉分类
2.加热炉特性
理解：1.加热炉的单回路控制方案
2.加热炉的串级控制方案应用：设计加热炉控制系统（四）锅炉设备的控制（重点）识记：1.锅炉设备的工艺流程
2.锅炉设备的控制系统分类理解：1.汽包水位的控制
2.燃烧系统的控制
3.蒸汽过热系统的控制应用：1.设计汽包水位的控制系统
2.设计燃烧系统的控制系统08173 过程控制工程考试大纲第 10 页（共 14 页）
3.设计蒸汽过热系统的控制系统
第十一章精馏塔的控制精馏塔是一个多输入和多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制作用响应缓馒，参数间相互关联严重，而控制要求又大多较高。这些都给自动控制系统的实施带来了一定困难。同时，各种精馏塔工艺结构特点又千差万别，这就更需要深入分析工艺特性，并结合具体塔的特点与控制要求，进行自动控制方案的设计和研究。
通过本章的学习，了解精馏塔的控制目标、精馏塔的静态特性和动态特性，掌握精馏塔的常用控制方案。本章的难点内容为：精馏塔的控制方案。
（一）精馏塔的控制目标（一般）识记：1.精馏塔概念
2.质量指标
3.产品产量和能量消耗（二）精馏塔的静态特性和动态特性（重点）识记：精馏塔特性分析理解：1.精馏塔的静态特性
2.精馏塔的动态模型应用：构造精馏塔动态模型（三）精馏塔质量指标的选取（次重点）识记：精馏塔质量指标理解：1.灵敏板的温度控制
2.温差控制
3.双温差控制
（四）精馏塔的常用控制方案（重点）识记：精馏塔的基本控制问题理解：1.物料平衡控制
2.精馏段质量指标控制
3.提馏段质量指标控制
4.两端质量指标控制（五）精馏塔的先进控制方案（次重点）识记：1.内回流控制
2.产品质量的软测量与推断控制08173 过程控制工程考试大纲第 11 页（共 14 页）
3.精馏塔的节能控制
第十二章化学反应过程控制化学反应过程的本质是物质的原子，离子重新组合的过程，它使一种或几种物质变成另一种或另几种物质。化学反应过程通常可划分为前处理、化学反应及后处理三个工序。前处理工序为化学反应做准备，后处理工序用于分离和精制反应的产物，而化学反应工序通常是整个生产过程的关键操作过程。
通过本章的学习，了解化学反应过程及化学反应器的动态数学模型，掌握反应器的控制方案。本章的难点内容为：反应器的控制方案。
（一）化学反应过程概述（一般）识记：1.化学反应过程特点
2.化学反应器的类型理解：化学反应的基本规律（二）化学反应器的动态数学模型（次重点）
理解：1.基本动态方程式
2.反应器的热稳定性应用：建立化学反应器的动态数学模型（三）反应器的基本控制方案（重点）识记：概述理解：1.反应器的温度控制
2.外围条件的稳定控制应用：设计反应器的控制方案（四）典型反应器的控制方案设计（重点）
理解：1.聚合反应釜的控制
2.合成氨过程的控制应用：设计反应器的控制方案
第三部分有关说明与实施要求
一、考核的能力层次表述
本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：
08173 过程控制工程考试大纲第 12 页（共 14 页）识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。
理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。
应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。
二、教材
1.指定教材
《过程控制工程》戴连奎，化学工业出版社，2020 年第 4 版
2.参考教材
《工业过程控制》，彭秀艳（主编），高等教育出版社，2019 年第 1 版
三、
自学方法指导
1．在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。
2．阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。
3．在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。
4．完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。
四、对社会助学的要求
1．应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。
2．应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。
3．辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。
4．辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。
5．辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。
6．注意对考生能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。
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7．要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。
8．助学学时：本课程共 4 学分，建议总课时 72 学时，其中助学课时分配如下：
章次章节名称学时
第一章
过程控制概论
第二章
过程动态特性
第三章
反馈控制
第四章
前馈控制和比值控制
第五章
其他典型控制系统
第六章
计算机控制系统
第七章
多回路控制系统分析与设计
第八章
基于模型的控制方法
第九章
过程控制系统方案设计
第十章
传热设备的控制
第十一章
精馏塔的控制
第十二章
化学反应过程控制合计
五、关于命题考试的若干规定
1．本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。
2．试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为 30%、“理解”为 40%、“应用”为 30 %。
3．试题难易程度应合理：容易、中等、难比例为 3：4：3。
4．每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占 60%，次重点占 30%，一般占10%。
5．试题类型一般分为：单项选择题、名词解释题、简答题、计算题和应用题。
6．考试采用闭卷笔试，考试时间 150 分钟，采用百分制评分，60 分合格。
六、题型示例（样题）
一、单项选择题
（本大题共 20 小题，每小题 1 分，共 20 分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡”上的相应字母涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。
1．在过程控制系统中，既能使控制变量不存在余差又使系统具有超前性控制应选用的控制规律A．P B．PI C．PID D．PD
二、名词解释题
（本大题共 4 小题，每小题 3 分，共 12 分）
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21．反馈控制系统
三、简答题
（本大题共 6 小题，每小题 6 分，共 36 分）
25．工业过程中被控对象的动态特性有哪些特点？
四、计算题
（本大题共 2 小题，每小题 10 分，共 20 分）
32．已知一个温度控制系统，采用比例控制器，设定值为 100℃，当前温度为 90℃，控制器比例增益为 0.5，求控制器的输出信号。
五、
应用题（本大题共 1 小题，每小题 12 分，共 12 分）
34．如图 1 所示，加热炉对冷物料进行加热，生产工艺要求热物料温度必须恒定在某值附近。
①请画出控制系统框图；
②指出被控过程、被控参数、控制参数；
③当系统遇到干扰（冷物料流量突然加大）时，该系统是如何实现自动控制 0图 1
