热工过程自动控制原理课程教学大纲

1、热工过程自动控制原理课程教学大纲课程名称:热工过程自动控制原理英文名称: Thermal Principles of Automatic Control课程编号:X2010401学 时 数: 56 学时 其中实验学时数：8学时 课外学时数：无学 分 数: 3.5适用专业: 建筑环境与设备工程一、课程的性质、目的和任务1、性质及目的热工过程自动控制原理是一门重要的专业技术基础课，是本专业学生进行控制系统分析和设计最基本的理论基础，本课程主要讲授经典控制理论的时域分析和根轨迹分析等方法，并以此为基础分析热工控制对象动态特性、调节器特性和参数整定方法，学习该课程的目的在于培养学生对控制系统的分析和设

2、计能力，并为后续相关课程学习打下基础。2、任务（1）掌握热工自动控制的基本理论、基本概念及术语，学会用数学方法研究的控制对象组成，掌握控制系统微分方程模型、传递函数模型、动态结构图模型和信号流图的建模方法。（2）掌握开环控制系统与闭环控制系统的原理、结构和区别，掌握一节系统、二阶系统的时域分析方法，掌握二阶欠阻尼系统单位阶跃响应的动、静态指标计算方法，掌握高阶系统稳定性的代数稳定性判据。（3）掌握根轨迹分析法，学会用根轨迹绘制法则完成根轨迹绘图绘制，掌握用图解法完成对系统稳定性和暂态特性的分析。（4）掌握单容、多容热工控制对象的动态特性，掌握切线法和两点法求取单容、双容有自恒能力对象的传递函数

3、模型。（5）掌握对象特性对单回路调节器控制性能的影响，掌握单回路调节器控制参数整定方法，掌握根轨迹法整定单回路调节器方法。二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 (一)自动控制系统概述主要内容：要求学生掌握反馈、开环控制、闭环控制、控制对象、控制器等概念和对控制系统的基本要求。重点和难点：反馈和反馈控制的概念及特点。（二）控制系统的数学描述主要内容：要求学生用理论推倒的方法建立典型电路系统、力学系统和热工系统的微分方程、传递函数、动态结构图模型，掌握用结构图等效变换求取传递函数。重点：常用元件传递函数求取；系统传递函数求取。难点：结构图和信号流图建立及等效变换。（三） 控制系统的时域分析主要内

4、容：要求学生掌握时域性能指标定义，一阶、二阶系统性能指标的求取及二阶系统性能指标改善的方法，高阶系统性能指标的分析方法，劳斯判据、古尔维茨判据、林纳德奇帕特判据应用，稳态误差分析与计算，减小或消除稳态误差方法。重点：二阶系统动态性能估算；稳定性分析方法及误差计算方法。难点：减小或消除扰动作用下的稳态误差；改善系统动态性能指标的方法。(四)根轨迹分析主要内容：要求学生掌握根轨迹基本概念，根轨迹方程及其幅值条件和幅角条件，绘制根轨迹的基本法则，用根轨迹法分析系统。重点：用根轨迹法分析系统性能。难点：利用根轨迹分析系统的性能并设计系统。（五）热工控制对象动态特性分析主要内容：要求学生掌握单容、多容、

5、延迟系统中有自恒能力与无自恒能力控制对象动态特性及其数学模型，结构参数对系统性能的影响，掌握对象动态特性求取方法。重点：单容有自恒能力系统性能分析及求取方法。难点：多容系统动态性能的求取。（六）热工控制系统分析和整定主要内容：要求学生掌握PID调节规律，对象特征参数对调节质量的影响，对象特性对单回路调节器控制性能的影响，单回路调节器控制参数的整定方法。重点：单回路调节器控制参数整定，利用根轨迹整定调节参数。难点：利用根轨迹整定调节参数及双参数调节器整定方法。三、 教学方式及学时分配教学方式主要采用教师讲授方式，在涉及到基本概念较多时，适当考虑采用CAI教学，以提高学生学习兴趣。序号主要内容主要

6、教学方式学时分配辅导答疑比例一自动控制系统概述讲授21：1二自动控制系统数学描述讲授122：1三控制系统的时域分析讲授+实验162：1四根轨迹分析讲授+实验102：1五热工控制对象动态特性分析讲授102：1六热工自动控制系统分析和整定讲授62：1四、课程各教学环节的要求1、实验环节共10学时，要求学生积极准备、认真参加，并及时上交实验报告。主要内容：一阶系统特性仿真，2学时。二阶系统单位阶跃响应仿真分析，2学时。二阶欠阻尼系统单位阶跃响应仿真分析，2学时。控制系统根轨迹分析，2学时。2、作业要求：由于自动控制理论抽象难懂且理论复杂，应用广泛，为加深学生认识，提高学生理论与实践相结合的自觉性，适当增加作业量，计算题占主体，适当考虑问答题。五、本课程与其他课程的联系本课程的先修课程是高等数学、工程数学、普通物理学、模拟、数字电子技术等。六、教学参考书目自动控制原理，孙亮 杨鹏主编，北京工业大学出版社，2002年9月自动控制原理，胡寿松主编，国防工业出版社，1984年6月自动控制理论，夏德钤主编，机械工业出