《熱工過程自控原理》教學大綱

1、熱工過程控制原理教學大綱【課程編號】 【學時學分】 56學時； 3 .5學分 【開課模式】必修【實驗學時】 8學時 【上機學時】【課程類型】 專業(yè)基礎(chǔ)課 【考核方式】考試【先修課程】 高等數(shù)學、自動控制原理 【開課單位】電力系 【授課對象】熱能與動力工程本科專業(yè)一、本課程的教學目的及任務(一)教學目的：通過本課程的學習,使學生達到能夠?qū)W會應用控制系統(tǒng)的基本理論分析問題，培養(yǎng)分析控制系統(tǒng)的方法、計算和實驗的初步能力，了解大型單元機組自動控制系統(tǒng)的特點及發(fā)展的目的。（二）教學任務：本課程的任務是使學生具有構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的基本知識，掌握自動控制系統(tǒng)的基本知識，控制系統(tǒng)工作原理。掌握自動控制系統(tǒng)的分

2、析方法和計算方法。能夠?qū)W會應用控制系統(tǒng)的基本理論分析有關(guān)問題。初步了解國內(nèi)外控制技術(shù)水平和發(fā)展方向。應能掌握電廠控制系統(tǒng)工作的基本原理。二、本課程的性質(zhì)、特點及基本要求（一）性質(zhì)：熱工過程控制原理是熱能與動力工程專業(yè)本科生的一門主要限定必修專業(yè)課。（二）特點：本課程通過自動控制理論、熱工過程動態(tài)特性及熱工過程控制系統(tǒng)等關(guān)鍵知識點的有機融合與交叉，既強調(diào)了自動控制理論的系統(tǒng)性和相對獨立性，又較好地體現(xiàn)了自動控制理論與熱能工程專業(yè)領(lǐng)域的密切了解，較好地體現(xiàn)了學校的培養(yǎng)目標與特色。（三）基本要求：為了適應我國電力工業(yè)進入“大機組、大電網(wǎng)、高自動化”發(fā)展階段的需要，要求本專業(yè)方向的學生能全面掌握現(xiàn)代大

3、型火電機組自動控制系統(tǒng)。通過本課程的學習并結(jié)合其他專業(yè)課，學生應掌握電廠自動控制系統(tǒng)的組成和工作原理，以及分析、設(shè)計的基本原則和方法。 三、本課程的主要內(nèi)容及說明第一章 緒論（4學時）1、自動控制的概念2、 反饋控制的原理3、 控制系統(tǒng)的方框圖4、 自動控制系統(tǒng)的分類5、 控制系統(tǒng)的過渡過程掌握自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念。重點：自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念。第二章 線性自動控制系統(tǒng)的數(shù)學描述（4學時）1、 概述2、 單變量系統(tǒng)的數(shù)學描述3、基本環(huán)節(jié)和環(huán)節(jié)的聯(lián)接方式4、方框圖變換與簡單物理系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導理解單變量系統(tǒng)的數(shù)學描述；了解基本環(huán)節(jié)及其聯(lián)接方式；掌握怎樣建立系統(tǒng)方框圖以及傳遞函數(shù)推導方

4、法。重點：系統(tǒng)方框圖的建立以及傳遞函數(shù)推導方法。難點：系統(tǒng)方框圖的建立以及傳遞函數(shù)推導方法。第三章 熱工對象和自動調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性（5學時）1、 概述2、 熱工對象動態(tài)特性的特點3、 由實驗階躍響應曲線求對象的近似傳遞函數(shù)4、 自動調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)作用5、 工業(yè)調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性掌握單位階躍響應曲線闡述熱工對象基本特征；了解三種求近似傳遞函數(shù)的試驗方法；掌握自動調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)作用和工業(yè)調(diào)節(jié)器組成及其動態(tài)特性。重點：單位階躍響應曲線闡述熱工對象基本特征。難點：自動調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)作用。第四章 線性控制系統(tǒng)的吋域分析（4學時）1、概述2、二階系統(tǒng)分析3、高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應分析4、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和勞斯

5、穩(wěn)定性判據(jù)實驗：二階系統(tǒng)階躍響應 掌握二階系統(tǒng)的階躍響應特點；掌握穩(wěn)定性與特征方程根之間關(guān)系；了解勞斯判據(jù)判斷穩(wěn)定性方法。重點：二階系統(tǒng)的階躍響應特點，穩(wěn)定性與特征方程根之間關(guān)系。難點：勞斯判據(jù)判斷穩(wěn)定性方法。第五章 線性控制系統(tǒng)的根軌跡分析（5學時）1、根軌跡的概念2、作閉環(huán)根軌跡圖的幾條規(guī)則3、根軌跡作圖舉例掌握線性控制系統(tǒng)的根軌跡分析方法。重點：根軌跡的概念。難點：作閉環(huán)根軌跡圖的幾條規(guī)則。第六章 控制系統(tǒng)的頻域分析（8學時）1、系統(tǒng)或環(huán)節(jié)輸出-輸入模型的頻率特性描述2、 基本環(huán)節(jié)的頻率特性3、 頻率特性穩(wěn)定性判據(jù)-乃奎斯特判據(jù)4、 閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性實驗：系統(tǒng)頻率特性測量掌握控制系統(tǒng)的

6、頻域分析方法；理解乃奎斯特判據(jù)和穩(wěn)定性裕量（相位裕量和增益裕量）等概念。重點：控制系統(tǒng)的頻率特性。難點：乃奎斯特判據(jù)。第七章 單回路控制系統(tǒng)的整定（7學分）1、 概述2、整定控制系統(tǒng)的性能指標3、 使系統(tǒng)特征方程的主導復根的衰減指數(shù)m為指定值的整定計算方法（常稱廣義頻率特性計算方法）4、 用根軌跡法進行整定5、控制系統(tǒng)的工程整定方法掌握單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的三種整定計算方法，學習如何選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，以使系統(tǒng)具有適當?shù)姆€(wěn)定性裕量。重點：單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的三種整定計算方法。第八章 復雜控制系統(tǒng)及其整定（5學分）1、 單回路反饋控制系統(tǒng)的不足2、 串級控制系統(tǒng)3、 前饋-反饋控制系統(tǒng)實驗：鍋爐內(nèi)膽溫度和單相

7、泵流量串級控制系統(tǒng) 了解常用的復雜控制系統(tǒng)，理解其整定方法。 難點：復雜控制系統(tǒng)整定。第九章 線性采樣控制系統(tǒng)（5學分）1、 概述2、 信號的采樣與復現(xiàn)3、 Z變換方法4、 脈沖傳遞函數(shù)5、 系統(tǒng)中有采樣器時方框圖的運算6、 采樣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性7、 連續(xù)系統(tǒng)的離散化實驗：連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正數(shù)字PID掌握線性采樣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念和基本分析方法；理解離散系統(tǒng)的Z變換法和脈沖傳遞函數(shù)。重點：線性采樣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念和基本分析方法。難點：離散系統(tǒng)的Z變換法和脈沖傳遞函數(shù)。第十章 狀態(tài)變量分析方法基礎(chǔ)知識（7學分）1、 概述2、 系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述3、化系統(tǒng)的輸出輸入傳遞函數(shù)描述為狀態(tài)空間描述4、

8、由系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式求傳遞函數(shù)陣及系統(tǒng)的復合聯(lián)接5、線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解與狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣6、線性定常系統(tǒng)狀態(tài)的能控性和能觀測性7、線性定常系統(tǒng)綜合的概念一狀態(tài)反饋與極點配置了解現(xiàn)代控制理論狀態(tài)變量分析方法基礎(chǔ)知識；理解線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解與狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；理解狀態(tài)反饋與極點配置法。難點：線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的求解與狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。第11章 單元火電機組自動控制系統(tǒng)（4學時）1、單元機組自控系統(tǒng)的組成與作用2、單元機組過程控制典型方案3、單元機組中典型控制系統(tǒng)了解大型單元機組自動控制系統(tǒng)的特點及發(fā)展的目的。熟悉單元機組典型控制方案及系統(tǒng)。四、本課程的使用的教材及適用范圍、學制（一）本課程

9、使用的教材由陳紹炳，于向軍主編的熱工過程自動控制原理教材，由中國電力出版社出版。（二）教材的適用范圍、學制本教材適用于熱能動力專業(yè)本科四年制學生使用。五、本課程的學時分配本課程安排的總學時56，其中理論教學為48學時，實驗教學8學時。各章節(jié)的學時分配見下表。課程內(nèi)容理論學時實驗學時小計教學章節(jié)教學內(nèi)容一緒論44二線性自動控制系統(tǒng)的數(shù)學描述44三熱工對象和自動調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性55四線性控制系統(tǒng)的吋域分析426五線性控制系統(tǒng)的根軌跡分析55六 控制系統(tǒng)的頻域分析628 七單回路控制系統(tǒng)的整定66八復雜控制系統(tǒng)及其整定527九線性采樣控制系統(tǒng)527十狀態(tài)變量分析方法基礎(chǔ)知識44十一單元火電機組自動控

10、制系統(tǒng)44合 計48856 實驗項目分配表序號實驗名稱學時備注1二階系統(tǒng)階躍響應22系統(tǒng)頻率特性測量23鍋爐內(nèi)膽溫度和單相泵流量串級控制系統(tǒng)24連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正數(shù)字PID2合 計8六、主要教學參考書熱工過程控制儀表楊慶柏 編 中國電力出版社 1998熱工控制系統(tǒng) 邊立秀 主編 中國電力出版社，2002 熱工自動控制系統(tǒng) 李遵基 主編 中國電力出版社，2002熱工控制系統(tǒng) 邊立秀 主編 中國電力出版社，2002 熱工自動控制系統(tǒng) 李遵基 主編 中國電力出版社，2002七、說明1.習題及思考題 通過思考題在教學中的適當編配與講解,使學生對某個知識上的難點或值得進一步開拓或深化的問題有更深,更系統(tǒng)的了解與掌握。解答思考題讓學員獨立思考,體會到知識連貫性的重要,啟發(fā)他們積極鉆研教材,養(yǎng)成認真讀書的習慣。 2、教學手段 擬采用啟發(fā)式、理論了解實際等教學方法和多媒體教學課件等計算機輔助教學手段。教師應根據(jù)學生的認知水平，并結(jié)合專業(yè)特點，選擇適當?shù)慕虒W方法，廣泛使用啟發(fā)式、直觀式、討論式及案例教學等教學方法，調(diào)動學生主動學習的積極性。鼓