《熱工過程自控原理》教學(xué)大綱

1、熱工過程控制原理教學(xué)大綱【課程編號(hào)】 【學(xué)時(shí)學(xué)分】 56學(xué)時(shí)； 3 .5學(xué)分 【開課模式】必修【實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)】 8學(xué)時(shí) 【上機(jī)學(xué)時(shí)】【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(xué)、自動(dòng)控制原理 【開課單位】電力系 【授課對(duì)象】熱能與動(dòng)力工程本科專業(yè)一、本課程的教學(xué)目的及任務(wù)(一)教學(xué)目的：通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生達(dá)到能夠?qū)W會(huì)應(yīng)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(jì)算和實(shí)驗(yàn)的初步能力，了解大型單元機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及發(fā)展的目的。（二）教學(xué)任務(wù)：本課程的任務(wù)是使學(xué)生具有構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)，掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)，控制系統(tǒng)工作原理。掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的分

2、析方法和計(jì)算方法。能夠?qū)W會(huì)應(yīng)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(yīng)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(diǎn)及基本要求（一）性質(zhì)：熱工過程控制原理是熱能與動(dòng)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(diǎn)：本課程通過自動(dòng)控制理論、熱工過程動(dòng)態(tài)特性及熱工過程控制系統(tǒng)等關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的有機(jī)融合與交叉，既強(qiáng)調(diào)了自動(dòng)控制理論的系統(tǒng)性和相對(duì)獨(dú)立性，又較好地體現(xiàn)了自動(dòng)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(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)與特色。（三）基本要求：為了適應(yīng)我國電力工業(yè)進(jìn)入“大機(jī)組、大電網(wǎng)、高自動(dòng)化”發(fā)展階段的需要，要求本專業(yè)方向的學(xué)生能全面掌握現(xiàn)代大

3、型火電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過本課程的學(xué)習(xí)并結(jié)合其他專業(yè)課，學(xué)生應(yīng)掌握電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和工作原理，以及分析、設(shè)計(jì)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(xué)時(shí)）1、自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)的分類5、 控制系統(tǒng)的過渡過程掌握自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念。重點(diǎn)：自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念。第二章 線性自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述（4學(xué)時(shí)）1、 概述2、 單變量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(dǎo)理解單變量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(dǎo)方

4、法。重點(diǎn)：系統(tǒng)方框圖的建立以及傳遞函數(shù)推導(dǎo)方法。難點(diǎn)：系統(tǒng)方框圖的建立以及傳遞函數(shù)推導(dǎo)方法。第三章 熱工對(duì)象和自動(dòng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)特性（5學(xué)時(shí)）1、 概述2、 熱工對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)3、 由實(shí)驗(yàn)階躍響應(yīng)曲線求對(duì)象的近似傳遞函數(shù)4、 自動(dòng)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(dòng)態(tài)特性掌握單位階躍響應(yīng)曲線闡述熱工對(duì)象基本特征；了解三種求近似傳遞函數(shù)的試驗(yàn)方法；掌握自動(dòng)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(dòng)態(tài)特性。重點(diǎn)：單位階躍響應(yīng)曲線闡述熱工對(duì)象基本特征。難點(diǎn)：自動(dòng)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(xué)時(shí)）1、概述2、二階系統(tǒng)分析3、高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析4、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和勞斯

5、穩(wěn)定性判據(jù)實(shí)驗(yàn)：二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 掌握二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特點(diǎn)；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(diǎn)：二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特點(diǎn)，穩(wěn)定性與特征方程根之間關(guān)系。難點(diǎn)：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(xué)時(shí)）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(diǎn)：根軌跡的概念。難點(diǎn)：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(xué)時(shí)）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(shí)驗(yàn)：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(diǎn)：控制系統(tǒng)的頻率特性。難點(diǎn)：乃奎斯特判據(jù)。第七章 單回路控制系統(tǒng)的整定（7學(xué)分）1、 概述2、整定控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)3、 使系統(tǒng)特征方程的主導(dǎo)復(fù)根的衰減指數(shù)m為指定值的整定計(jì)算方法（常稱廣義頻率特性計(jì)算方法）4、 用根軌跡法進(jìn)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(jì)算方法，學(xué)習(xí)如何選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，以使系統(tǒng)具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性裕量。重點(diǎn)：單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的三種整定計(jì)算方法。第八章 復(fù)雜控制系統(tǒng)及其整定（5學(xué)分）1、 單回路反饋控制系統(tǒng)的不足2、 串級(jí)控制系統(tǒng)3、 前饋-反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)：鍋爐內(nèi)膽溫度和單相

7、泵流量串級(jí)控制系統(tǒng) 了解常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)，理解其整定方法。 難點(diǎn)：復(fù)雜控制系統(tǒng)整定。第九章 線性采樣控制系統(tǒng)（5學(xué)分）1、 概述2、 信號(hào)的采樣與復(fù)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(shí)方框圖的運(yùn)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(shí)驗(yàn)：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(diǎn)：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(diǎn)：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(shí)（7學(xué)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(dá)式求傳遞函數(shù)陣及系統(tǒng)的復(fù)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(diǎn)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(shí)；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(diǎn)配置法。難點(diǎn)：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(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)（4學(xué)時(shí)）1、單元機(jī)組自控系統(tǒng)的組成與作用2、單元機(jī)組過程控制典型方案3、單元機(jī)組中典型控制系統(tǒng)了解大型單元機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及發(fā)展的目的。熟悉單元機(jī)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(xué)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(dòng)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(xué)制本教材適用于熱能動(dòng)力專業(yè)本科四年制學(xué)生使用。五、本課程的學(xué)時(shí)分配本課程安排的總學(xué)時(shí)56，其中理論教學(xué)為48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)8學(xué)時(shí)。各章節(jié)的學(xué)時(shí)分配見下表。課程內(nèi)容理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)小計(jì)教學(xué)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容一緒論44二線性自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述44三熱工對(duì)象和自動(dòng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)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(fù)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(shí)44十一單元火電機(jī)組自動(dòng)控

10、制系統(tǒng)44合 計(jì)48856 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分配表序號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱學(xué)時(shí)備注1二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)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(jí)控制系統(tǒng)24連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正數(shù)字PID2合 計(jì)8六、主要教學(xué)參考書熱工過程控制儀表?xiàng)顟c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(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng) 李遵基 主編 中國電力出版社，2002七、說明1.習(xí)題及思考題 通過思考題在教學(xué)中的適當(dāng)編配與講解,使學(xué)生對(duì)某個(gè)知識(shí)上的難點(diǎn)或值得進(jìn)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(xué)員獨(dú)立思考,體會(huì)到知識(shí)連貫性的重要,啟發(fā)他們積極鉆研教材,養(yǎng)成認(rèn)真讀書的習(xí)慣。 2、教學(xué)手段 擬采用啟發(fā)式、理論了解實(shí)際等教學(xué)方法和多媒體教學(xué)課件等計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，并結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，廣泛使用啟發(fā)式、直觀式、討論式及案例教學(xué)等教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。鼓