热工过程自动控制
《热工过程自动控制》课程教学大纲(本科)
热工过程自动控制Automatic Control of Thermal Process课程代码：02410069学分：3学时：48 （其中：课堂教学学时：44实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：能源与动力工程控制基础适用专业：能源与动力工程教材：《热工过程自动控制》（自编讲义）一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热工过程自动控制》是能源与动力工程专业教学计划中重要的专业技术基础课，它是在自动化技术、计算机技术、通讯技术、电子技术、传感技术、测量技术、先进制造技术、管理学等课程知识的基础上，将自动控制原理应用到热工过程的一门应用科学。
通过本课程的学习，使学生掌握热工过程自动控制的基本原理以及必要的理论知识和工程实践能力，为学生毕业后从事本专业以及相关专业方面的工作打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析热工过程自动控制中的复杂工程问题。
课程目标2：能够针对热工过程自动控制中的复杂工程问题，选择恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，提出热工过程自动控制的解决方案、预期的实现目标以及控制质量的综合评定，并能够理解其局限性。
课程目标3：能够就热工过程自动控制中的复杂工程问题与业界同行进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达和解释。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）1.毕业要求3：系统掌握本专业领域宽广的、必需的技术理论基础，主要包括机械和力学理论（机械原理、机械设计、理论力学、材料力学）、能源动力工程理论、热流体理论（热力学、流体力学、传热学）、电工电子和自动控制理论以及必要的计算机知识。
2.毕业要求4：掌握本专业领域方向所必需的专业知识和基本技能，了解学科前沿及发展趋势，并对其它相关专业方向的有关知识有一定了解。
3.毕业要求5：具有设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析。
热工自动控制模拟试题及答案
热工自动控制模拟试题及答案一、单选题（共58题，每题1分，共58分）1.当系统中某个参数从(____)变化时，特征方程的根在复平面上的变化曲线称为根轨迹。
A、（-∞，0]B、(-∞,∞)C、(-1,1)D、[0,∞）正确答案：D2.三冲量给水自动控制系统中，给水量的扰动属于系统的（）。
A、控制量B、外扰C、不确定D、内扰正确答案：D3.一阶系统的单位阶跃响应是(____)的。
A、单调递减B、单调递增C、不确定D、有增有减正确答案：B4.某二阶系统传递函数G(s)= 1/[(S+1)(S+2)] ，则此系统为(____)。
A、无阻尼B、临界阻尼C、过阻尼D、欠阻尼正确答案：C5.ζ=0时，二阶系统的阶跃响应为(____)过程。
A、衰减振荡B、等幅振荡C、扩散振荡D、非周期正确答案：B6.线性系统的(____)反映了系统在扰动消失后系统自身的一种恢复能力。
A、快速性B、补偿性C、稳定性D、准确性正确答案：C7.在水循环稳定流动的情况下，运动压头(____)循环回路的流动阻力。
A、不确定B、等于C、大于D、小于正确答案：B8.闭环控制系统的控制方式为(____)。
A、按扰动信号控制B、按偏差信号控制C、按输入信号控制D、按反馈信号控制正确答案：B9.0<ζ<1时，二阶系统的阶跃响应为(____)过程。
A、扩散振荡B、非周期C、等幅振荡D、衰减振荡正确答案：D10.再热汽温控制系统的任务是（）。
A、同时保持再热器入口、出口汽温为给定值B、保持再热器低温段汽温为给定值C、保持再热器入口汽温为给定值D、保持再热器出口汽温为给定值正确答案：D11.闭环的作用就是应用反馈来(____)偏差。
A、不确定B、不改变C、减小D、增大正确答案：C12.串级控制系统中起主导作用的那个被调节参数称为（）。
A、副参数B、中间参数C、不确定D、主参数正确答案：D13.（）是目前火电厂中普遍采用的一种计算机网络控制系统A、顺序控制系统B、炉膛安全控制系统C、分散控制系统D、协调控制系统正确答案：C14.传递函数只适用于(____)系统。
《热工过程自动调节》课件
热力发电厂的自动控制系统
总结词
热力发电厂的自动控制系统是实现电厂高效 、安全运行的关键，通过自动化控制技术， 实现对电厂热力系统的实时监测和调整，提 高发电效率并降低能耗。
详细描述
热力发电厂的自动控制系统包括热工测量、 控制和保护等部分，能够实现对汽轮机、锅 炉等设备的自动化控制。通过自动化控制技 术，可以确保电厂在最佳状态下运行，提高 发电效率，同时降低能耗和减少环境污染。
总结词
液位自动调节系统用于控制和稳定设备或工艺过程中的液位高度，确保液位在设定的范 围内波动。
详细描述
液位自动调节系统通过液位传感器检测液位高度，并将液位信号转换为电信号传输给控 制器。控制器根据设定值与实际值的偏差，输出控制信号调节进料或排料的运行，以实
现对液位的自动控制。
成分自动调节系统
总结词
要点一
总结词
网络化控制技术可以实现远程监控和操作，提高热工过程 的自动化和智能化水平。
要点二
详细描述
通过网络化控制技术，可以实现远程监控和操作热工设备 ，实时获取设备的运行状态和参数，提高设备的运行效率 和安全性。
节能减排的需求驱动
总结词
随着环保意识的不断提高，节能减排成为热工过程自动 调节的重要发展方向。
02
热工过程自动调节的基本 原理
自动调节系统的组成
测量元件
用于检测被调参数，并将其转换为可处理的信号。
控制器
接收测量元件的信号，根据设定的参数值进行比较和计算，输出控制信号。
执行机构
接收控制信号，驱动调节阀等执行元件进行动作，实现对被调参数的控制。
被调对象
需要进行自动调节的设备或系统。
自动调节系统的基本特性
化学反应器的自动控制系统
第一章 热工过程自动控制系统组成
图1-7 典型过渡过程曲线
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稳定程度可以用衰减率这个指标来衡量
ψ= y m1 − y m 3 y = 1 − m3 ym1 y m1
式中 :
ym 1
y m3
被控参数从新稳定值算起的第一波峰值。 被控参数从新稳定值算起的第三波峰值。
比例线性关系
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三、调 节 器 接受被调量信号和给定值比较后的偏差信号，输 出一定规律的控制指令给执行器。 1、比例调节 指调节器输出的控制作用 u（ t）与其偏差输入信号 ｅ（ｔ ）之间成比例关系，即 比例增益 u (t ) = K p e(t ) 比例调节器的传递函数：
U (s ) WP (s ) = = KP E (s )
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工程中，常用比例带 δ来描述其控制作用的强弱，即 1 δ= Kp 其物理意义是在调节机构的位移改变时，被调量应有的 改变量。 比例调节规律的特点： （１）动作快，调节及时、迅速； （２ ）对干扰 有很强的抑制作用；（３）调节过程结束，被调量偏 差仍存在，存在静态偏差，称为有差调节。
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五、系统评价指标 1. 静态和动态 静态：被控参数不随时间而变化的平衡状态叫静态或 稳态。 动态：被控参数随时间而变化的不平衡状态叫动态。 2. 控制系统在受到干扰作用时的过渡过程 控制的过 程就是克服干 扰的过程。一 个系统的优劣 图 １－６ 典型的过渡过程形式 ６ 典型的过渡过程形式 在稳态下难以 判别，只有在 过渡过程中才 能得以鉴别。
电厂热工自动控制技术研究
电厂热工自动控制技术研究摘要：随着我国科技进步和综合国力的不断壮大，各行各业自动化水平都有了显著的提高，其中电厂热工自动化方面有着较为突出的发展趋势，其主要是结合智能化来实现电厂热工自动化。
现时代的电厂自动化相比于传统的电厂自动化，无论是在人力的消耗还是对于资源的损耗方面都有着显著的缩减，大大提高了企业的经济效益，这得益于电厂热工自动化对于智能化方面的尝试与创新。
关键词：电厂；自动控制；智能化前言：随着我国生活水平的不断提高，人们对于电能方面的要求也越来越大，所以能够更好地满足人们的日常需求，更好地对电厂热工自动化控制方面进行研究是必要的。
对于电厂热工自动化方面，不能只看到眼前的利益，应该将眼光放得更为长远，想要通过智能化的引进来实现电厂热工自动控制方面技术的创新，一开始肯定是非常困难的，也只有解决出现的各种问题，才能够真正的实现电厂热工自动控制技术方面的进步。
1、电厂热工自动化控制技术概述1.1电厂热工自动化简析热工自动化技术是将控制、工程、仪表、信息等方面的理论和高新技术进行综合运用，通过对热力学参数的控制、检测，以实现对生产过程的控制、检测、改进、管理，最终实现安全生产、优质优量、节能降耗的目标。
热工技术主要应用在锅炉、汽机等设备的自动控制，使机组可以根据工况自动调节适应，以保持安全、节能的运行状态。
火电厂由于工作环境比较特殊，具有热力设备多、系统庞杂、生产繁复的特点，设备的运行条件比较恶劣，长期处于高压、高温的易燃环境中，因此，现代热工系统一般还包括自动检测、自动预警等功能。
随着电厂热工自动化的发展，相关的电厂热工的自动化机械向着更高的温度、压力、更大的容量方向发展。
在电厂热工自动化发展的前期，并不是完全的自动化，因为技术发展不足的原因，当时的电厂热工的相关机械仍需要手工的操作，需要一定的人工。
随着科学技术的不断发展，计算机技术的普及，计算机技术在电厂热工的自动化方面也得到了应用。
目前所提到的电厂热工的自动化一般是以电脑为控制端，以相关的电厂热工的自动化设备为终端进行的。
试析常见电厂热工自动控制技术要点
试析常见电厂热工自动控制技术要点电厂是利用燃料进行热能转化，并将其转化为电能的设施。
热工自动控制技术是电厂运行过程中重要的一环，主要用于控制和调节燃料燃烧过程、锅炉热力过程、汽轮机过程和发电机过程等，以实现电厂高效稳定的运行。
下面将对常见电厂热工自动控制技术要点进行分析。
1. 燃料燃烧自动控制技术：电厂常用的燃料包括煤、天然气、柴油等。
燃料燃烧自动控制技术通过监测燃烧器的氧气浓度、燃料流量、燃烧温度等参数，并根据设定值进行控制，保证燃烧过程的稳定和高效。
燃烧系统还需要根据燃烧负荷的变化来调节燃料投入量，以提供足够的热量。
2. 锅炉热力过程自动控制技术：锅炉是电厂的核心设备，通过将燃料燃烧产生的热量传递给工质（一般是水蒸汽），以产生蒸汽驱动汽轮机发电。
锅炉热力过程的自动控制技术主要包括对水位、压力、温度等参数的测量和调节。
通过控制给水泵的水位控制阀来调节给水量，保持锅炉水位稳定；通过控制燃烧器的调节系统来调节锅炉出口蒸汽温度，以满足不同负荷情况的要求。
3. 汽轮机过程自动控制技术：汽轮机是电厂的发电机组，通过将高温高压的蒸汽转化为机械能，进而驱动发电机发电。
汽轮机过程的自动控制技术主要包括对蒸汽流量、压力、温度等参数的测量和调节。
通过控制汽轮机进汽阀的开度和排汽阀的开度来调节蒸汽流量和压力；通过控制汽轮机的热量抽取系统来调节蒸汽温度。
常见电厂热工自动控制技术要点包括燃料燃烧自动控制技术、锅炉热力过程自动控制技术、汽轮机过程自动控制技术和发电机过程自动控制技术。
这些技术能够实时监测和调节关键参数，保证电厂安全、高效、稳定运行。
随着科技的进步，电厂热工自动控制技术将不断发展，为电厂的运行提供更高水平和更可靠的支持。
《热工过程自动控制》课程设计
（注意：保持清洁，设计结束后装订在设计说明书正文的第1页）《热工过程自动控制》课程设计任务书专业方向：热能与动力工程班级：学生姓名：指导教师：周数：1学分：1一、设计题目600MW单元机组直流锅炉给水控制系统的组态设计二、原始资料1. 控制对象600MW超临界机组直流锅炉给水控制系统采用两台分别带50%负荷的汽动给水泵作为正常负荷下的供水，设置一台可带50%负荷的电动给水泵，作为启动及带低负荷或两台汽动泵中有一台故障时作备用泵使用。
2. 控制要求直流锅炉必须使燃烧率和给水量随时保持适当的比例。
（1）给水流量控制回路仅当锅炉运行在纯直流工况下，才能对锅炉出口的主蒸汽温度起到粗调的作用。
为保证锅炉本身的安全运行，要求任何工况下省煤器入口给水流量不低于35%MCR；（2）给水泵串级控制回路的副调节器根据给水流量偏差输出给水泵控制指令，调节各台泵的转速以满足机组负荷变化的需要；（3）为保证给水泵的运行安全，给水流量调节阀控制回路通过调节给水阀门的开度维持泵出口母管的压力在适当范围内；（4）汽动给水泵再循环阀调节回路需保证通过每台汽泵的流量不低于最小允许流量。
三、设计任务1、了解大型单元机组控制系统概貌和集散控制系统概貌及其组态原理；2、了解ABB贝利公司Symphony集散控制设备及其重要功能模块的作用；3、掌握控制对象（包括工艺流程）及控制任务；4、根据控制系统原理进行相应集散控制系统的组态设计；给水控制系统包括三个部分：（1）给水流量指令形成回路（2）汽动给水泵转速控制回路（3）给水流量调节阀控制回路，可任选其中两部分做组态设计。
5、对所设计的部分进行组态分析。
四、建议时间安排课程设计时间安排序号内容时间1 收集资料，学习相关理论知识1天2.5天2 进行集散控制系统的组态设计并绘制组态图3 整理报告1天4 答辩0.5天5 合计5天五、成果要求1、课程设计报告（1）字数约5000左右，统一用A4纸手工书写，字迹工整。
热工自动控制系统课程设计
热工自动控制系统课程设计1. 引言热工自动控制系统是在热工过程中采用自动化技术实现的控制系统。
它可以实现对热工过程的自动控制和监测，提高热工系统的运行效率和安全性。
本课程设计旨在针对热工自动控制系统的实际应用，通过设计热工自动控制系统，提高学生的实践能力和综合素质。
本文将详细介绍该课程设计的设计要求、设计方案、设计流程、实验结果等内容。
2. 设计要求热工自动控制系统是一种微型化的自动控制系统，要求学生在设计中考虑到系统的精度、可靠性、复杂性等因素。
具体要求如下：2.1 系统稳定性热工自动控制系统需要保证系统的稳定性，能够在热工过程中保持系统的平衡状态。
因此，学生需要考虑到系统的控制算法、传感器精度等问题。
2.2 系统精度和可靠性自动控制系统需要具备高的精度和可靠性。
学生需要考虑到系统的控制精度、传感器的滞后、误差等问题。
2.3 系统复杂程度自动控制系统需要考虑到系统的复杂程度，学生需要合理设计系统的结构、控制算法、传感器数量等问题。
3. 设计方案3.1 系统结构设计系统结构设计是热工自动控制系统设计的首要任务。
学生需要结合实际应用场景，选取合适的控制器、传感器、执行器等元件，合理设计系统结构。
3.2 控制算法设计热工自动控制系统的控制算法是实现自动控制的核心。
学生应针对具体应用场景，选择合适的控制算法，采用模拟和数字信号处理技术，提高控制效果和精度。
3.3 系统软件编程学生应根据系统功能和任务需求，采用一种或多种编程语言实现系统功能和任务。
3.4 实验装置调试在设备选型、软件编写等工作结束后，学生需要实际进行系统装置调试。
针对装置调试过程中出现的问题，结合知识和经验，及时解决调试过程中出现的问题。
4. 设计流程4.1 策划首先，在设计热工自动控制系统之前，学生应依据本体系的课程要求，深入了解相关知识和技术，根据实际应用场景制定详细的设计方案和设计流程。
4.2 分配任务学生应根据个人特长、知识背景等因素，分配具体任务。
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1.被控量：系统中被控参数
2.被控对象：被控制得装置
3.扰动：影响被控参数的因素
4.给定值：根据生产要求被调量规定值
5.调节机构：在调节作用下用来改编进入被控对象物质货能量的装置
6.系统方框图可以由环节机构构成，一个复杂的控制系统由串并联和反馈连接构成
7.自控系统分类：所要控制变量类型，新号传递路径，系统功用
8.衡量一个控制系统的质量评定通过：稳定性、准确性、快速性
9.稳定性一般用衰减率品质指标反映
Ψ=1非周期；Ψ=0等幅振荡；0<Ψ<1衰减振荡；Ψ<0渐扩振荡调节过程；最佳0.75~0.9
10.动态偏差：T→∞时偏差大小；静态偏差：系统在过渡过程e（t）的最大值
11.快速性评定：系统调节时间，受扰动后从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态所需时间
12.描写有无自平衡能力对象动态特性参数：有3个，无2个
13.热工过程对象特点:是一个不振荡环节常用飞升曲线法一般多输入对象一定延迟和惯性
14.控制系统设计任务：分析对象特点选择合适调节器整定合适相关参数
15.飞升曲线：常用输入信号是阶跃信号，在阶跃输入下得到对象的阶跃响应曲线；分有自平衡和无两种
16.飞升曲线特征参数：有自平衡，延迟时间τ、自平衡系数ρ、时间常数Tc、飞升速度ε；无自平衡，飞升速度ε、响应时间Ta、延迟时间τ
17.飞升曲线转换成传递函数常用方法：切线法和两点法
18.三种基本调节规律：比例、积分、微分
比例：使调节器中调节量M与偏差e成比例保证过程稳定性
积分：变化速度与偏差，保证无差运动
微分：调节量与偏差e的变化速度成比例，无动态偏差
19.四种热工过程自动控制中采用的工业调节器：
P：只能保证过程稳定性，不能保证无差运动和无动态偏差
PI：能保证稳定性和无差运动，不能无动态偏差
PD：能稳定性和无动态偏差，不能无差运动
PID：都能保证
20.积微分对调节系统稳定性、静动态偏差影响：积分作用越大系统越不稳定，适当微分作用可提高稳定性
21.单回路调节系统整定方法：计算、图表、实验；实验整定法：临界比例带、衰减曲线
22.工业调节器从实现方式上分：模拟、数字
模拟：通过电容、电阻、放大器组成电路来调节，采用惯性环节反馈，可实现PD调节，采用实际微分环节反馈可实现PI调节
数字：通过计算机编程实现；能实现复杂控制规律的控制、有很快计算时间，以及分时控制能力，可实现多回路控制、具有很强灵活性、还克实现监控数据采集数字显示等、系统维护简单可靠性高
23.采用惯性环节反馈可实现PD调节，实际微分PI
24.A/D转换器作用：将模拟信号转换为数字信号
25.作为被控对象，温度和流量相比，温度>流量
26.常用数字滤波方法：平均、一介惯性；中值滤波适用于迅速过程参数
平均值滤波：算数，加板，去极值
27.采样开关：实现采样动作的装置；零阶保持器：数字信号恢复为模拟信号最常见的装置
28.PID调节规律的数字算法常用法：位置、增量式、速度式
29.改进算法：带有死区、积分分离、不完全微分、带有一阶滤波器（+的PID控制）
30.DCS：集散控制系统，一种从为处理器为基础的分散型综合控制系统
设计理念：集中管理，分散控制
特点：自治性、协调性、友好性、扩展性、可靠性
组成：操作管理：工程师站、操作员站、显示设置；通讯系统：计算机网络；分散控制：现场控制站、过程监测站
31.DCS层次化结构：管理级、监控级、控制级、现场级
现场：传感器、变速器、交换器
控制：过程控制站、数据采集站
监控：操作员站、工程师站
32.DCS网络拓扑结构种类：星形、环形、总线形、树形
星形：以中央结点为中心与各个结点连接而成，各结点与中央结点通过点到点方式连接，中央结点可直接与从结点连接
环形：在网络中各结点通过环路接口连载一条守卫相接的闭合环形通信线路中；结点多影响传输效率，一个站故障影响整个，封闭环不易扩张
总线形：比较简单的结构，采用一根中央主点缆称为公共总线的传输介质，各节点直接与总线相连接，信息沿总线介质逐个结点地传播
树形：网在总线型网络上加分支形成，传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，通信线路短，网络成本低
33.集散控制系统中传输介质性能：双绞线<同轴电缆<光缆
34.为了便于实现网络标准化，国际标准化组织提出：ISO/OSI模型
分层：物理，链路，网络，传输，会话，表示，应用最底层物理层最高层应用层
35.现场总线：测量和控制机器间的数字通讯为主的网络；总线技术发展离不开智能仪表的进步
计算机先进过程控制系统主要包括：专家系统。
遗传算法
36.专家系统组成：知识库、数据库、知识获取机构、推理机、解释机构、人机界面
专家系统常用知识表达方式：产生式规则
37基本遗传算法运算思想：遗传变异
38.基本遗传算子：选择、交叉、变异
PI （PD
）调节器等稳定线图，调节行动稳定性分析
为使衰减率Ψ不变，需减小Kp ，积分作用是不稳
定因素
当Kp 不变，Ψ下降，积分作用越大，系统越不稳
定
K I 不变，Kp 增加时，Ψ线上升，最大后下降
实际调节器用参数δ和T1表示
采用PID
调节器时的等衰减率曲线，分析不同段静态误差和动态偏差变化情况
A →B
e m ↓ K I ，Kp ↑ B →C
e m ↓ K I ↓Kp ↑ C →D e m ↓ Kp ，K D
↑ D →E e
m ↓ Kp ，K D ↑ 对于Kp 调节器，Kp 增大，调节时间越长；PI 调节器相对于P ，调节时间长；PD 相对于P(PI)时间短
限速滤波算法、程序框图、适用场合
S n+1=X n+1 | X n+1- X n |≤△X (X n+X n+1)/2 | X n+1- X n |>△X
限幅算法：S n=X n | X n- X n-1 |≤△X
X n-1| X n- X n-1 |>△X 适用场合：最大允许偏差△X=-VmaxT。