课程编号 ：08130009
课程类别：专业教学课程
授课对象：热能与动力工程专业
开课学期：第7学期
学分：2学分
主讲教师：张晓晖 等
指定教材：罗万金，《电厂热工过程自动调节》，中国电力出版社，2005
教学目的：
《电厂热工过程自动调节》是热能与动力工程专业本科生的一门主要限定必修专业课。本课程的任务是使学生具有构成自动控制系统的基本知识，掌握自动控制系统的基本知识，控制系统工作原理。掌握自动控制系统的分析方法和计算方法。能够学会应用控制系统的基本理论分析有关问题。初步了解国内外控制技术水平和发展方向。应能掌握电厂控制系统工作的基本原理。达到能够学会应用控制系统的基本理论分析问题，培养分析控制系统的方法、计算和实验的初步能力，了解大型单元机组自动控制系统的特点及发展的目的。
第一章自动调节的基本概念
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节概述
一、调节的概念
二、人工调节与自动调节对比
三、自动调节装置组成
思考题：
1、什么是调节对象、被调量和调节机构？
2、说明汽包锅炉有哪些被调量？相应的调节量、调节机构有哪些？
第二节自动调节系统
一、自动调节系统的组成及其方框图
二、调节系统的分类
思考题：
1、调节系统的分类方法有几种？
第三节自动调节系统的过渡过程
一、调节系统过渡过程的几种基本形式
二、调节品质
思考题：
1、如何衡量一个调节系统的好坏？
2、调节系统过渡过程的几种基本形式？
第二章线性自动调节系统的数学描述
课时：2周，共4课时
教学内容
第一节数学模型的建立
一、不同系统的动态过程数学模型建立示例
二、物理系统特性参数的相似性
思考题：
1、什么是对象的数学模型？
2、为什么要研究对象的数学模型？
3、写出双容对象的动态方程式
第二节传递函数
一、动态特性的传递函数描述方法
二、传递函数的求取
思考题：
1、什么是传递函数的零点、极点？
第三节脉冲响应和阶跃响应
一、单位脉冲响应函数
二、单位阶跃响应函数
思考题：
1、什么是单位脉冲响应函数？
2、什么是单位阶跃响应函数？
第四节基本环节及环节的联接方式
一、基本环节（比例、积分和微分环节）
二、环节的连接方式
三、方框图的等效变换
思考题：
1、比例、积分和微分环节的数学描述？
2、方框图的等效变换遵循哪些基本原则？
第五节状态变量分析法（不做要求）
一、系统动态特性的描述方法-状态变量法
二、状态变量与传递函数之间的转化
第三章热工对象和自动调节器的动态特性
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节热工调节对象动态特性的特点
一、有自平衡能力的对象
二、无自平衡能力的对象
三、特征参数的意义
思考题：
1、什么是对象的有自平衡能力和无自平衡能力？
2、分析为什么有的对象有自平衡能力，而有的对象无自平衡能力？
第二节自动调节器的基本调节规律
一、三种基本调节作用
二、自动调节器的典型调节规律
思考题：
1、自动调节器的典型调节规律有哪几种？各有何特点？
第三节工业调节器调节规律的实现方法
一、模拟式调节器调节规律的实现方法
二、数字式调节器调节规律的实现方法
思考题：
1、工业调节器分类？
第四节工业调节器简介
一、DDZ-II型电动单元组合仪表
二、组装式电子综合控制装置
三、数字式调节器
思考题：
1、电动单元II型调节器是如何完成调节规律的？
第五节执行器简介
一、电动执行器
二、气动执行器
思考题：
1、以气动执行器为例说明执行器的动态特征、各种调节阀的理想与实际流量特征。
2、简要说明电动执行器基本工作原理？
3、各种调节阀的理想与实际流量特征是什么？
第四章调节系统的时域分析
课时：2周，共4课时
教学内容
第一节概述
一、时域分析的意义
一、几种典型的输入信号
思考题：
1、时域分析中常用输入信号有哪些？
第二节二阶系统分析
一、二阶系统的传递函数
二、二阶系统的单位阶跃响应
三、二阶系统阶跃响应过渡过程分析
思考题：
1、如何理解二阶系统阶跃响应过渡过程分析中的欠阻尼、临界阻尼以及过阻尼意义？
2、如何利用二阶系统阶跃响应过渡过程计算控制品质？
第三节稳定性与代数判据
一、线性系统稳定性的概念及稳定条件
二、劳斯判据
三、古尔维茨判据
思考题：
1、线性系统稳定性的物理意义是什么？
2、线性系统稳定条件如何确立？
3、如何运用劳斯判据和古尔维茨判据判断控制系统的稳定性？
第五章调节系统的频域分析
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节频率特性概述
一、频率特性的基本性质（开环、闭环）
思考题：
1、频率特性的基本概念？
第二节基本环节的频率特性
一、比例环节
二、积分环节
三、惯性环节
四、微分环节
五、二阶环节
六、纯迟延环节
七、热工对象的频率特性
思考题：
1、典型环节的频率特性有哪些？
第三节频率特性稳定判据
一、系统开环频率特性和闭环特征方程式之间的关系
二、乃奎斯特稳定判据
三、系统串联积分环节时乃奎斯特判据的应用
四、系统串联纯迟延环节环节时乃奎斯特判据的应用
思考题：
1、线性系统的频率响应和频率特性是什么？
2、频率特性与系统的动态特性关系是什么？
3、如何应用奎斯特判据对系统进行分析？
第六章自动调节系统的分析与整定
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节调节系统的品质指标
一、按时域确定的品质指标
二、按频域确定的品质指标
思考题：
1、衡量调节过程品质的主要效能指标有哪些（时域、频域分别论述）？
第二节调节对象特征对调节品质的影响
一、放大系数的影响
二、时间常数和阶次的影响
三、纯迟延的影响
思考题：
1、调节对象特征对调节品质的影响有哪些方面？
第三节调节器的调节规律对调节品质的影响
一、比例调节规律
二、比例积分调节规律
三、比例积分微分调节规律
思考题：
1、试分析调节器参数比例带、积分时间和微分时间对调节系统稳定性、静态偏差等品质的影响？
第四节变送器和调节机构特性对调节品质的影响
一、变送器特性的影响
二、调节机构特性的影响
思考题：
1、阀门特性有哪些？
2、阀门特性对调节品质的影响有哪些？
第五节复杂调节系统
一、串级调节系统
二、采用中间被调量微分信号的调节系统
三、前馈-反馈调节系统
思考题：
1、串级调节系统的特点？
2、前馈-反馈调节系统的特点？
3、采用中间被调量微分信号的调节系统的特点？
第六节自动调节系统的工程整定
一、单回路调节系统的工程整定方法
二、数字式调节系统的工程整定方法
三、串级调节系统的工程整定方法
思考题：
1、调节系统的工程整定的意义？
2、调节系统的工程整定的依据原则有哪些？
第七章汽包锅炉蒸汽温度自动调节系统
课时：3周，共6课时
教学内容
第一节过热汽温调节的任务和调节对象特征
一、过热汽温调节的任务
二、过热汽温调节对象的静态特性
三、过热汽温调节对象的动态特性
思考题：
1、过热汽温扰动因素有哪些？
2、过热汽温动态特性特点是什么？
第二节过热汽温自动调节系统的方案
一、串级汽温调节系统
二、采用导前汽温微分信号的双回路汽温调节系统
三、两种汽温调节系统的比较
思考题：
1、串级汽温调节系统的构成、基本工作原理是什么？
2、采用导前汽温微分信号的双回路汽温调节系统特点？
3、两种汽温调节系统有何相同点和不同点？
第三节再热汽温自动调节系统
一、概述
二、再热汽温的调节方式
三、再热汽温调节系统的方案
思考题：
1、说明再热汽温的调节特点和调节方法？
第八章汽包锅炉给水自动调节系统
课时：3周，共6课时
教学内容
第一节给水调节的任务和调节对象特性
一、给水调节的任务
二、给水流量的调节方式
三、给水调节对象的动态特性
思考题：
1、给水调节的主要扰动有哪些？
2、什么是虚假水位？
3、虚假水位产生的原因是什么？
第二节给水自动调节系统的方案
一、单级三冲量给水调节系统
二、串级三冲量给水调节系统
三、采用变速泵的给水调节系统
思考题：
1、单级三冲量给水调节系统和串级三冲量给水调节系统的组成及其工作原理？
2、单级三冲量的静态配合问题？
第三节给水全程调节系统
一、信号的校正
二、给水全程调节系统方案
思考题：
1、设计给水全程调节系统要考虑哪些问题？这些问题是怎样解决的？
第九章汽包锅炉燃烧过程自动调节系统
课时：3周，共6课时
教学内容
第一节概述
一、燃烧过程调节的任务
二、燃烧过程调节的特点
思考题：
1、燃烧过程调节的任务是什么？
第二节燃烧过程调节对象的动态特性
一、汽压调节对象的生产流程及其动态特性
二、燃烧率扰动下汽压调节对象的动态特性
三、负荷扰动下汽压调节对象的动态特性
思考题：
1、燃烧被控对象的动态特性及形成机理？
第三节燃烧过程自动调节系统的基本方案
一、子调节系统结构
二、燃烧自动调节系统的基本方案
思考题：
1、燃烧自动调节系统的构成？
2、为什么说燃烧自动调节系统的子系统相对独立而又紧密联系？
第四节典型的燃烧过程自动调节系统
一、有中间煤粉仓的锅炉燃烧自动调节系统
二、燃油锅炉的燃烧自动调节系统
三、直吹制煤粉锅炉燃烧自动调节系统
思考题：
1、为什么要采用热量信号？
2、分析说明热量信号的基本性质？
3、理想热量信号和实际热量信号的区别和联系？
4、说明直吹制煤粉锅炉燃烧自动调节系统的特点？
5、有中间煤粉仓、直吹制的燃烧过程控制系统各种方案构成、工作原理、比较
第十章直流锅炉自动调节系统
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节直流锅炉调节的任务和特点
一、直流锅炉调节的任务
二、直流锅炉的结构与调节特点
思考题：
1、说明直流锅炉的调节特点？
第二节直流锅炉的动态特性
一、汽轮机调门扰动下的动态特性
二、燃烧率扰动下的动态特性
三、给水流量扰动下的动态特性
思考题：
1、直流锅炉动态特性及形成机理？
第三节直流锅炉的自动调节系统
一、组织直流锅炉自动调节系统的基本依据
二、给水流量与燃料量调节系统得原则性方案
三、直流锅炉单元机组自动调节系统举例
思考题：
1、比较直流锅炉负荷调节的两种基本方案特点？
2、说明直流锅炉过热汽温自动调节方案的构成原理？
第十一章单元机组负荷自动控制系统
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节概述
一、单元机组负荷控制的特点和任务
二、单元机组负荷控制系统的基本组成
三、单元机组负荷控制对象的动态特性
思考题：
1、单元机组负荷控制的特点？
2、单元机组协调控制系统的任务、对象动态特性特点、组成、分类？
第二节机炉负荷控制
一、负荷控制基本原则及方案
二、负荷控制方式
三、负荷前馈控制
思考题：
1、单元机组的基本控制方式、各种协调控制方式的分析、使用条件？
第三节机炉负荷协调控制的典型方案
一、以汽轮机跟随为基础的协调控制方案
二、以锅炉跟随为基础的协调控制方案
三、滑压运行及足的协调控制方案
四、采用能量平衡信号的协调控制方案
思考题：
1、负荷控制系统中的前馈控制和非线性控制元件的主要作用是什么？
2、负荷控制系统中，作为对锅炉的前馈控制信号，通常不采用蒸汽流量信号，而采用能量平衡信号，为什么？
3、滑压运行与定压运行方式比较，其负荷控制有何不同？
第四节负荷指令管理
一、负荷指令运算回路
二、负荷指令限制回路
思考题：
1、什么叫目标负荷指令？
2、什么叫实际负荷指令？
3、为什么要对负荷指令进行适当处理？
4、负荷指令管理通常包括哪些方面？简要说明各部分的主要作用？
第十二章计算机控制系统简介
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节概述
一、计算机在过程控制中的应用
第二节分布式计算机控制系统
一、分布式控制系统的结构及工作原理
二、分布式控制系统的特点
三、分布式控制系统的应用举例
思考题：
1、说明DDC控制系统的基本组成及各部分功能？
2、说明人机接口装置的作用及结构？
3、为说明数据通信系统的作用及结构？
4、简述分布式控制系统得主要特点？
参考书目
《热工控制系统》边立秀主编中国电力出版社，2002
《热工自动控制系统》李遵基主编中国电力出版社，2002
《分散控制系统与现场总线控制系统》白焰编著中国电力出版社2002
《热工过程控制仪表》杨庆柏编中国电力出版社1998
《热工自动控制系统》张玉铎，王满嫁.水利电力出版社，1987
《过程控制》金以慧，清华大学出版社，1993
《自动调节原理及系统》林金栋，中国电力出版社，1996
Owens, D. H., Feedback and Multivariable Control Systems, Peter Peregrines, London 1978
执笔人：张晓晖
__2005_年_11_月_26__日
一、电动执行器
二、气动执行器
思考题：
1、以气动执行器为例说明执行器的动态特征、各种调节阀的理想与实际流量特征。
2、简要说明电动执行器基本工作原理？
3、各种调节阀的理想与实际流量特征是什么？
第四章 调节系统的时域分析
课时：2周，共4课时
教学内容
第一节 概述
一、时域分析的意义
一、几种典型的输入信号
思考题：
1、时域分析中常用输入信号有哪些？
第二节 二阶系统分析
一、二阶系统的传递函数
二、二阶系统的单位阶跃响应
三、二阶系统阶跃响应过渡过程分析
思考题：
1、 如何理解二阶系统阶跃响应过渡过程分析中的欠阻尼、临界阻尼以及过阻尼意义？
2、 如何利用二阶系统阶跃响应过渡过程计算控制品质？
第三节 稳定性与代数判据
一、线性系统稳定性的概念及稳定条件
二、劳斯判据
三、古尔维茨判据
思考题：
1、线性系统稳定性的物理意义是什么？
2、线性系统稳定条件如何确立？
3、如何运用劳斯判据和古尔维茨判据判断控制系统的稳定性？
第五章 调节系统的频域分析
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节 频率特性概述
一、频率特性的基本性质（开环、闭环）
思考题：
1、频率特性的基本概念？
第二节 基本环节的频率特性
一、比例环节
二、积分环节
三、惯性环节
四、微分环节
五、二阶环节
六、纯迟延环节
七、热工对象的频率特性
思考题：
1、典型环节的频率特性有哪些？
第三节 频率特性稳定判据
一、系统开环频率特性和闭环特征方程式之间的关系
二、乃奎斯特稳定判据
三、系统串联积分环节时乃奎斯特判据的应用
四、系统串联纯迟延环节环节时乃奎斯特判据的应用
思考题：
1、线性系统的频率响应和频率特性是什么？
2、频率特性与系统的动态特性关系是什么？
3、如何应用奎斯特判据对系统进行分析？
第六章 自动调节系统的分析与整定
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节 调节系统的品质指标
一、按时域确定的品质指标
二、按频域确定的品质指标
思考题：
1、衡量调节过程品质的主要效能指标有哪些（时域、频域分别论述）？
第二节 调节对象特征对调节品质的影响
一、放大系数的影响
二、时间常数和阶次的影响
三、纯迟延的影响
思考题：
1、调节对象特征对调节品质的影响有哪些方面？
第三节 调节器的调节规律对调节品质的影响
一、比例调节规律
二、比例积分调节规律
三、比例积分微分调节规律
思考题：
1、试分析调节器参数比例带、积分时间和微分时间对调节系统稳定性、静态偏差等品质的影响？
第四节 变送器和调节机构特性对调节品质的影响
一、变送器特性的影响
二、调节机构特性的影响
思考题：
1、阀门特性有哪些？
2、阀门特性对调节品质的影响有哪些？
第五节 复杂调节系统
一、串级调节系统
二、采用中间被调量微分信号的调节系统
三、前馈-反馈调节系统
思考题：
1、串级调节系统的特点？
2、前馈-反馈调节系统的特点？
3、采用中间被调量微分信号的调节系统的特点？
第六节 自动调节系统的工程整定
一、单回路调节系统的工程整定方法
二、数字式调节系统的工程整定方法
三、串级调节系统的工程整定方法
思考题：
1、调节系统的工程整定的意义？
2、调节系统的工程整定的依据原则有哪些？
第七章 汽包锅炉蒸汽温度自动调节系统
课时：3周，共6课时
教学内容
第一节 过热汽温调节的任务和调节对象特征
一、过热汽温调节的任务
二、过热汽温调节对象的静态特性
三、过热汽温调节对象的动态特性
思考题：
1、过热汽温扰动因素有哪些？
2、过热汽温动态特性特点是什么？
第二节 过热汽温自动调节系统的方案
一、串级汽温调节系统
二、采用导前汽温微分信号的双回路汽温调节系统
三、两种汽温调节系统的比较
思考题：
1、串级汽温调节系统的构成、基本工作原理是什么？
2、采用导前汽温微分信号的双回路汽温调节系统特点？
3、两种汽温调节系统有何相同点和不同点？
第三节 再热汽温自动调节系统
一、概述
二、再热汽温的调节方式
三、再热汽温调节系统的方案
思考题：
1、说明再热汽温的调节特点和调节方法？
第八章 汽包锅炉给水自动调节系统
课时：3周，共6课时
教学内容
第一节 给水调节的任务和调节对象特性
一、给水调节的任务
二、给水流量的调节方式
三、给水调节对象的动态特性
思考题：
1、给水调节的主要扰动有哪些？
2、什么是虚假水位？
3、虚假水位产生的原因是什么？
第二节 给水自动调节系统的方案
一、单级三冲量给水调节系统
二、串级三冲量给水调节系统
三、采用变速泵的给水调节系统
思考题：
1、单级三冲量给水调节系统和串级三冲量给水调节系统的组成及其工作原理？
2、单级三冲量的静态配合问题？
第三节 给水全程调节系统
一、信号的校正
二、给水全程调节系统方案
思考题：
1、设计给水全程调节系统要考虑哪些问题？这些问题是怎样解决的？
第九章 汽包锅炉燃烧过程自动调节系统
课时：3周，共6课时
教学内容
第一节 概述
一、燃烧过程调节的任务
二、燃烧过程调节的特点
思考题：
1、燃烧过程调节的任务是什么？
第二节 燃烧过程调节对象的动态特性
一、汽压调节对象的生产流程及其动态特性
二、燃烧率扰动下汽压调节对象的动态特性
三、负荷扰动下汽压调节对象的动态特性
思考题：
1、燃烧被控对象的动态特性及形成机理？
第三节 燃烧过程自动调节系统的基本方案
一、子调节系统结构
二、燃烧自动调节系统的基本方案
思考题：
1、燃烧自动调节系统的构成？
2、为什么说燃烧自动调节系统的子系统相对独立而又紧密联系？
第四节 典型的燃烧过程自动调节系统
一、有中间煤粉仓的锅炉燃烧自动调节系统
二、燃油锅炉的燃烧自动调节系统
三、直吹制煤粉锅炉燃烧自动调节系统
思考题：
1、为什么要采用热量信号？
2、分析说明热量信号的基本性质？
3、理想热量信号和实际热量信号的区别和联系？
4、说明直吹制煤粉锅炉燃烧自动调节系统的特点？
5、有中间煤粉仓、直吹制的燃烧过程控制系统各种方案构成、工作原理、比较
第十章 直流锅炉自动调节系统
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节 直流锅炉调节的任务和特点
一、直流锅炉调节的任务
二、直流锅炉的结构与调节特点
思考题：
1、 说明直流锅炉的调节特点？
第二节 直流锅炉的动态特性
一、汽轮机调门扰动下的动态特性
二、燃烧率扰动下的动态特性
三、给水流量扰动下的动态特性
思考题：
1、直流锅炉动态特性及形成机理？
第三节 直流锅炉的自动调节系统
一、组织直流锅炉自动调节系统的基本依据
二、给水流量与燃料量调节系统得原则性方案
三、直流锅炉单元机组自动调节系统举例
思考题：
1、比较直流锅炉负荷调节的两种基本方案特点？
2、说明直流锅炉过热汽温自动调节方案的构成原理？
第十一章 单元机组负荷自动控制系统
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节 概述
一、单元机组负荷控制的特点和任务
二、单元机组负荷控制系统的基本组成
三、单元机组负荷控制对象的动态特性
思考题：
1、单元机组负荷控制的特点？
2、单元机组协调控制系统的任务、对象动态特性特点、组成、分类？
第二节 机炉负荷控制
一、负荷控制基本原则及方案
二、负荷控制方式
三、负荷前馈控制
思考题：
1、单元机组的基本控制方式、各种协调控制方式的分析、使用条件？
第三节 机炉负荷协调控制的典型方案
一、以汽轮机跟随为基础的协调控制方案
二、以锅炉跟随为基础的协调控制方案
三、滑压运行及足的协调控制方案
四、采用能量平衡信号的协调控制方案
思考题：
1、负荷控制系统中的前馈控制和非线性控制元件的主要作用是什么？
2、负荷控制系统中，作为对锅炉的前馈控制信号，通常不采用蒸汽流量信号，而采用能量平衡信号，为什么？
3、滑压运行与定压运行方式比较，其负荷控制有何不同？
第四节 负荷指令管理
一、负荷指令运算回路
二、负荷指令限制回路
思考题：
1、什么叫目标负荷指令？
2、什么叫实际负荷指令？
3、为什么要对负荷指令进行适当处理？
4、负荷指令管理通常包括哪些方面？简要说明各部分的主要作用？
第十二章 计算机控制系统简介
课时：1周，共2课时
教学内容
第一节 概述
一、计算机在过程控制中的应用
第二节 分布式计算机控制系统
一、分布式控制系统的结构及工作原理
二、分布式控制系统的特点
三、分布式控制系统的应用举例
思考题：
1、说明DDC控制系统的基本组成及各部分功能？
2、说明人机接口装置的作用及结构？
3、为说明数据通信系统的作用及结构？
4、简述分布式控制系统得主要特点？
参考书目
《热工控制系统》 边立秀 主编 中国电力出版社，2002
《热工自动控制系统》 李遵基 主编 中国电力出版社，2002
《分散控制系统与现场总线控制系统》 白焰 编著 中国电力出版社 2002
《热工过程控制仪表》杨庆柏 编 中国电力出版社 1998
《热工自动控制系统》张玉铎，王满嫁.水利电力出版社，1987
《过程控制》金以慧，清华大学出版社，1993
《自动调节原理及系统》林金栋，中国电力出版社，1996
Owens, D. H., Feedback and Multivariable Control Systems, Peter Peregrines, London 1978
执笔人：张晓晖
__2005_年_11_月_26__日
