熱工過程自動(dòng)控制原理課程教學(xué)大綱

1、熱工過程自動(dòng)控制原理課程教學(xué)大綱課程名稱:熱工過程自動(dòng)控制原理英文名稱: Thermal Principles of Automatic Control課程編號:X2010401學(xué) 時(shí) 數(shù): 56 學(xué)時(shí) 其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí) 課外學(xué)時(shí)數(shù)：無學(xué) 分 數(shù): 3.5適用專業(yè): 建筑環(huán)境與設(shè)備工程一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)1、性質(zhì)及目的熱工過程自動(dòng)控制原理是一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是本專業(yè)學(xué)生進(jìn)行控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)最基本的理論基礎(chǔ)，本課程主要講授經(jīng)典控制理論的時(shí)域分析和根軌跡分析等方法，并以此為基礎(chǔ)分析熱工控制對象動(dòng)態(tài)特性、調(diào)節(jié)器特性和參數(shù)整定方法，學(xué)習(xí)該課程的目的在于培養(yǎng)學(xué)生對控制系統(tǒng)的分析和設(shè)

2、計(jì)能力，并為后續(xù)相關(guān)課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2、任務(wù)（1）掌握熱工自動(dòng)控制的基本理論、基本概念及術(shù)語，學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)方法研究的控制對象組成，掌握控制系統(tǒng)微分方程模型、傳遞函數(shù)模型、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型和信號流圖的建模方法。（2）掌握開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)和區(qū)別，掌握一節(jié)系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的時(shí)域分析方法，掌握二階欠阻尼系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的動(dòng)、靜態(tài)指標(biāo)計(jì)算方法，掌握高階系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)。（3）掌握根軌跡分析法，學(xué)會(huì)用根軌跡繪制法則完成根軌跡繪圖繪制，掌握用圖解法完成對系統(tǒng)穩(wěn)定性和暫態(tài)特性的分析。（4）掌握單容、多容熱工控制對象的動(dòng)態(tài)特性，掌握切線法和兩點(diǎn)法求取單容、雙容有自恒能力對象的傳遞函數(shù)

3、模型。（5）掌握對象特性對單回路調(diào)節(jié)器控制性能的影響，掌握單回路調(diào)節(jié)器控制參數(shù)整定方法，掌握根軌跡法整定單回路調(diào)節(jié)器方法。二、課程教學(xué)內(nèi)容的基本要求、重點(diǎn)和難點(diǎn) (一)自動(dòng)控制系統(tǒng)概述主要內(nèi)容：要求學(xué)生掌握反饋、開環(huán)控制、閉環(huán)控制、控制對象、控制器等概念和對控制系統(tǒng)的基本要求。重點(diǎn)和難點(diǎn)：反饋和反饋控制的概念及特點(diǎn)。（二）控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述主要內(nèi)容：要求學(xué)生用理論推倒的方法建立典型電路系統(tǒng)、力學(xué)系統(tǒng)和熱工系統(tǒng)的微分方程、傳遞函數(shù)、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型，掌握用結(jié)構(gòu)圖等效變換求取傳遞函數(shù)。重點(diǎn)：常用元件傳遞函數(shù)求取；系統(tǒng)傳遞函數(shù)求取。難點(diǎn)：結(jié)構(gòu)圖和信號流圖建立及等效變換。（三） 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析主要內(nèi)

4、容：要求學(xué)生掌握時(shí)域性能指標(biāo)定義，一階、二階系統(tǒng)性能指標(biāo)的求取及二階系統(tǒng)性能指標(biāo)改善的方法，高階系統(tǒng)性能指標(biāo)的分析方法，勞斯判據(jù)、古爾維茨判據(jù)、林納德奇帕特判據(jù)應(yīng)用，穩(wěn)態(tài)誤差分析與計(jì)算，減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差方法。重點(diǎn)：二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能估算；穩(wěn)定性分析方法及誤差計(jì)算方法。難點(diǎn)：減小或消除擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差；改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的方法。(四)根軌跡分析主要內(nèi)容：要求學(xué)生掌握根軌跡基本概念，根軌跡方程及其幅值條件和幅角條件，繪制根軌跡的基本法則，用根軌跡法分析系統(tǒng)。重點(diǎn)：用根軌跡法分析系統(tǒng)性能。難點(diǎn)：利用根軌跡分析系統(tǒng)的性能并設(shè)計(jì)系統(tǒng)。（五）熱工控制對象動(dòng)態(tài)特性分析主要內(nèi)容：要求學(xué)生掌握單容、多容、

5、延遲系統(tǒng)中有自恒能力與無自恒能力控制對象動(dòng)態(tài)特性及其數(shù)學(xué)模型，結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，掌握對象動(dòng)態(tài)特性求取方法。重點(diǎn)：單容有自恒能力系統(tǒng)性能分析及求取方法。難點(diǎn)：多容系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的求取。（六）熱工控制系統(tǒng)分析和整定主要內(nèi)容：要求學(xué)生掌握PID調(diào)節(jié)規(guī)律，對象特征參數(shù)對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響，對象特性對單回路調(diào)節(jié)器控制性能的影響，單回路調(diào)節(jié)器控制參數(shù)的整定方法。重點(diǎn)：單回路調(diào)節(jié)器控制參數(shù)整定，利用根軌跡整定調(diào)節(jié)參數(shù)。難點(diǎn)：利用根軌跡整定調(diào)節(jié)參數(shù)及雙參數(shù)調(diào)節(jié)器整定方法。三、 教學(xué)方式及學(xué)時(shí)分配教學(xué)方式主要采用教師講授方式，在涉及到基本概念較多時(shí)，適當(dāng)考慮采用CAI教學(xué)，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。序號主要內(nèi)容主要

6、教學(xué)方式學(xué)時(shí)分配輔導(dǎo)答疑比例一自動(dòng)控制系統(tǒng)概述講授21：1二自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述講授122：1三控制系統(tǒng)的時(shí)域分析講授+實(shí)驗(yàn)162：1四根軌跡分析講授+實(shí)驗(yàn)102：1五熱工控制對象動(dòng)態(tài)特性分析講授102：1六熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)分析和整定講授62：1四、課程各教學(xué)環(huán)節(jié)的要求1、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)共10學(xué)時(shí)，要求學(xué)生積極準(zhǔn)備、認(rèn)真參加，并及時(shí)上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。主要內(nèi)容：一階系統(tǒng)特性仿真，2學(xué)時(shí)。二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)仿真分析，2學(xué)時(shí)。二階欠阻尼系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)仿真分析，2學(xué)時(shí)?？刂葡到y(tǒng)根軌跡分析，2學(xué)時(shí)。2、作業(yè)要求：由于自動(dòng)控制理論抽象難懂且理論復(fù)雜，應(yīng)用廣泛，為加深學(xué)生認(rèn)識，提高學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的自覺性，適當(dāng)增加作業(yè)量，計(jì)算題占主體，適當(dāng)考慮問答題。五、本課程與其他課程的聯(lián)系本課程的先修課程是高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、普通物理學(xué)、模擬、數(shù)字電子技術(shù)等。六、教學(xué)參考書目自動(dòng)控制原理，孫亮 楊鵬主編，北京工業(yè)大學(xué)出版社，2002年9月自動(dòng)控制原理，胡壽松主編，國防工業(yè)出版社，1984年6月自動(dòng)控制理論，夏德鈐主編，機(jī)械工業(yè)出