“热工过程自动控制”是清华大学热能工程系为能源动力及其自动化专业本科生高年级开设的一门课程,它包括自动控制原理和能源动力工业过程控制两部分内容。本书是在2000年第1版的基础上,经过几年的教学实践,并考虑课程体系的布局和自动化技术的发展修订而成的。
全书共分8章,第1章作为全书的绪论,介绍了自动控制的基本概念,使学生在学习本门课程的开始,对自动控制及其在能源动力工业应用中的基本问题能有一个总体认识。第2章和第3章介绍了经典控制理论的基本内容,是进一步学习以后各章的基础。这两章的内容主要是针对能源动力领域的应用特点选取和安排的,远不是经典控制理论的全部。在热工控制中,PID(比例、积分、微分)控制策略由于其原理清晰、整定简单、应用经验丰富,目前仍占有统治地位。第4章详细分析了PID单回路调节系统以及串级调节系统、前馈反馈调节系统、解耦控制、纯滞后补偿等复杂调节系统的原理、性能和整定方法。在能源动力部门,大型火电机组的热力系统复杂,自动化水平高,具有典型性和代表性,第5章针对亚临界煤粉炉机组、超临界机组和循环流化床机组,比较全面地介绍了其主要控制系统的结构和分析整定方法。第6章介绍控制系统的状态空间分析方法和最优控制的基本概念,属于现代控制理论的范畴。虽然由于对模型的高精度要求限制了现代控制理论在热工过程控制中的应用,但是了解和掌握现代控制理论提出的状态空间分析方法和最优控制的基本思想仍然是十分必要的。控制技术的发展使计算机成为控制系统中的核心设备,作为离散设备的计算机不但代替了连续的控制器,实现控制策略,而且可以完成更复杂、更灵活的控制功能,因此掌握离散控制系统的分析工具和方法对于分析实际系统以及进一步学习后续有关课程是必不可少的。第7章结合能源动力工业的应用,介绍了离散控制的基本内容。为了发展对模型精度要求不高而控制性能又优于传统PID控制的控制策略,20多年来,人们进行了大量的研究和探索,提出了许多新的控制思想、策略和算法,它们统称为先进过程控制技术,虽然其理论和技术还在发展和完善中,但它们在包括能源动力工业在内的许多领域已得到了成功的应用。第8章简要介绍了这方面比较成熟的研究成果。本书前7章都附有一定数量的习题,力图反映课程的基本要求。
与第1版相比,第1章和第7章是新加入的。由于后续课程已安排包括集散控制系统在内的综合自动化方面的课程,故删去了第1版的第5章(集散控制系统)。对第2,3,4,5等章的内容和全部习题也根据教学实践和能源动力领域过程控制的发展进行了修改和补充。
本书在内容上力求密切结合热工对象及其控制的实际,文字上力求简明扼要,体系结构上主要考虑能源动力类专业本科生学习的方便,使他们在修完高等数学、线性代数及部分专业课后即可进入本课程的学习。
由于作者水平有限,书中难免有不当之处,恳请读者批评指正。