热工过程自动控制原理教学大纲1

热工过程自动控制原理教学大纲
（总学分：4 总上课时数：64 实验时数：10）
东南大学能源与环境学院能源信息及自动化系
一、课程的性质与目的
本课程是动力工程系一门必修的主要的学科基础课。

课程针对热工过程的特点，介绍自动控制的基本原理，并结合上机仿真实验，加深对理论的理解。

目的是使学生掌握自动控制的基本原理和的基本分析方法，为进一步学习热工自动控制系统（或制冷自动控制系统）、计算机控制技术与系统等课程，以及将来从事自动化方面的工作打下扎实的理论基础。

二、课程内容的教学要求
1.绪论
（1）自动控制的基本概念：理解自动控制的含义和主要内容。

（2）反馈控制原理：掌握反馈控制的原理，特点，主要术语，人工调节到自动调节。

（3）方框图：了解方框图的概念、主要符号，会画出简单系统的方框图。

（4）控制系统分类：掌握按信号的馈送方式分类和按给定值分类两种分类方法，了解其它分类方法。

2.线性系统数学描述
（1）微分方程描述：了解推导一个简单物理系统的微分方程描述的方法，理解线性、非线性微分方程及高阶微分方程的概念。

（2）拉普拉斯变换：掌握拉普拉斯变换及其运算规则，熟练掌握部分分式展开求拉普拉斯变换的方法。

（3）传递函数描述：深刻理解传递函数的定义，熟练进行传递函数与微分方程的互换。

（4）脉冲响应与阶跃响应：熟练掌握求解典型系统脉冲响应与阶跃响应的方法。

（5）基本环节与基本联接方式：掌握基本环节与基本联接方式，理解常见的几种环节。

（6）方框图变换与简单物理系统传递函数推导：熟练掌握方框图变换方法和梅森公式，会推导简单物理系统传递函数。

3.热工对象与自动调节器动态特性
（1）对象特性：掌握有自平衡和无自平衡两类对象的特点、阶跃响应曲线及特征参数，典型的传递函数形式。

（2）由阶跃响应曲线求近似传递函数：了解由阶跃响应曲线求近似传递函数的几种方法。

（3）工业调节器及基本调节作用：掌握工业调节器及基本的调节作用，深刻理解其特点与使用场合。

4.时域分析
（1）二阶系统分析：掌握二阶系统分析方法和常用的性能指标。

（2）高阶系统分析：了解高阶系统的瞬态分析。

（3）劳斯稳定判据：熟练掌握劳斯判据。

5.线性控制系统根轨迹分析
理解根轨迹的定义、作根轨迹的规则，掌握线性控制系统根轨迹分析方法。

6.频域分析
（1）系统或环节的频率特性描述：掌握频率特性的含义。

（2）基本环节的频率特性：掌握基本环节频率特性的作图方法。

（3）乃氏判据：掌握乃氏判据，会熟练应用。

7.单回路系统的整定
（1）性能指标：了解整定控制系统常用的性能指标。

（2）广义频率特性整定：掌握广义频率特性整定方法。

（3）工程整定法：掌握临界比例带法和响应曲线法两种工程整定法，各自使用场合。

8.线性采样系统
（1）信号的采样与复现：了解信号的采样与复现过程。

（2）Z变换方法：理解Z变换的定义、性质，掌握反Z变换的求法及Z平面与S平面的关系。

（3）脉冲传递函数：了解脉冲传递函数的定义及求法。

（4）系统中有采样器时方框图的运算：掌握系统中有采样器时方框图的运算方法。

（5）采样系统稳定性分析：会分析采样系统的稳定性，了解采样周期对采样系统稳定性的影响。

9.状态变量分析
（1）状态空间描述：熟练掌握状态、状态变量、状态空间的概念，及系统的状态空间描述方法，会推导简单过程的状态空间描述。

（2）传递函数描述与状态空间描述：熟练进行系统的传递函数描述与状态空间描述的互换。

（3）系统复合联接：了解复合系统的状态空间描述。

（4）系统状态方程求解与状态转移矩阵：熟练掌握状态转移矩阵及状态方程的求解方法。

（5）系统状态的能控性与能观测性：掌握系统状态能控性与能观测性的定义，会判断一个系统状态的能控性与能观测性。

三、自控实验要求
自控实验在自控系的实验平台上完成。

实验包括：
1．典型环节的电路模拟
2．二阶系统的瞬态响应以及高阶系统的瞬态响应和稳定性分析
3．典型环节的系统频率特性的测量
4．系统能控性与能观性分析
5．采样控制系统的分析与校正
通过实验，使学生对控制系统装置有感性认识，学会理论知识在实际过程中的应用，学会分析和解决控制过程中的问题，加深理论转换成实践的能力。

四、能力培养的要求
1. 分析能力的培养：主要是对典型热工对象及控制系统进行分析以及仿真能力的培养。

学会使用MatLab工具，进行控制系统分析与结论的验证，加深对控制概念以及调节方法的理解。

2. 计算能力的培养：要求学生通过本课程的学习，具备对典型热工对象及控制系统进行分析计算或确定计算步骤的能力和对计算结果的正确性进行判断或校核的能力。

3. 自学能力的培养：通过本课程的教学，要培养和提高学生对所学知识进行整理、概括、消化吸收的能力，以及围绕课堂教学内容，阅读参考书籍和资料，自我扩充学科相关知识的能力。

4. 表达能力的培养：通过作业，课堂提问，老师质疑的方式，使学生能够清晰、整洁地表达自己解决问题的思路和推理的能力。

5. 创新能力的培养：培养学生独立思考、深入钻研问题的习惯，对问题提出多种解决方案、选择不同计算方法，以及对计算进行简化和举一反三的能力。

五、建议学时分配
六、考核方式
总评成绩＝平时成绩10%＋控制实验10%+-期末考试成绩80%
平时成绩占10％
控制实验占10％（在自控系实验室做，成绩由自控系实验老师给出）
期末考试成绩占80％
七、教材及参考书
1．陈绍炳,于向军主编.热工过程自动控制原理.东南大学出版社，2003
2．吴麒主编.自动控制原理.清华大学出版社，2000
3．【美】 Katsuhico Ogata .现代控制工程.卢伯英于海勋等译,电子工业出版社,2004 4．王正林,王胜开,陈国顺. Matlab/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社 ,2003。