热工自动调节教学演示及仿真软件系统的开发
摘要
自动控制学科诞生于二十世纪四十年代，发展至今，已经成为一门理论体系严密，用到很多很深的数学工具的学科。但是，长期以来，自动控制理论的教学一直采用传统的教学方式，传统教学方式的种种弊端造成了自动控制理论课堂教学效率偏低，不利于激发学生的学习兴趣。随着计算机技术的广泛应用，计算机辅助教学(CAI)迅速发展起来。为适应学科发展的需要，本文围绕浙江大学能源系本科阶段必修课《电厂热工过程自动调节》中的重点、难点，以MATLAB为开发工具，自行研制开发出了一套热工自动调节原理教学演示及仿真软件系统。本软件系统包括二阶系统的动态分析、P、I、D参数对系统动态过程的影响和电厂常用的调节系统分析三个模块。本软件系统在教学实践中的应用不仅对培养学生的创造性思维能力、提高教学质量有着积极的促进作用，而且对深化教学改革、加速教学手段的现代化也会产生积极的推动作用。此外，电厂常用的调节系统分析模块将电厂负荷控制系统的参数优化整定和系统仿真融为一体，为设计人员进行离线的多方案比较提供了有效工具，可以作为控制系统计算机辅助设计(CADCS)工具单独使用，对于提高电厂负荷控制系统的投运效率，缩短控制系统的投运时间都将起到积极的作用。
The subject of autocontrol started in the forties of the twentieth century. Up to the present, it has become a rigorous theory that involved many abstruse mathematical calculations. But the teaching of the autocontrol subject still follows the traditional ways since long time ago. And the disadvantages of the traditional teaching ways lead the autocontrol teaching efficiency to the low side. It makes against to inspire the students' interests in the course of learning. Along with the development of the computer technology, the computer aided instruction (CAI) developed rapidly. Suiting for the needs of the development of the subject, we refer to the keystones and the difficulties of the compulsory undergraduate course in Energy department of Zhejiang University, finish a suit of software for the thermal autocontrol teaching demonstration and simulation programming with Matlab. The software kit includes the dynamic analysis of the two steps system, the influences of the PID parameters in the dynamic progress of the system, and the typical auto control systems in the power plant. The applying of the software kit in the teaching ways will train the students' creative thinking, and improve the quality of the teaching efficiency in the courses. Also, it will act the active effect to deepen the innovation of the teaching ways and speedup the modernization of the teaching ways. Furthermore, the module of the typical auto control systems in the power plant can be used to correcting and optimizing the parameters of the load control systems in the power plant, and the simulation of systems. It offers a effective kit to the designers of the power plant to compare the parameters' influences offline. It can be used for a kit of Computer Aided Design in Control System individually. And the applying of it will improve the running efficiency of auto control systems in the power plant.
The subject of autocontrol started in the forties of the twentieth century. Up to the present, it has become a rigorous theory that involved many abstruse mathematical calculations. But the teaching of the autocontrol subject still follows the traditional ways since long time ago. And the disadvantages of the traditional teaching ways lead the autocontrol teaching efficiency to the low side. It makes against to inspire the students' interests in the course of learning. Along with the development of the computer technology, the computer aided instruction (CAI) developed rapidly. Suiting for the needs of the development of the subject, we refer to the keystones and the difficulties of the compulsory undergraduate course in Energy department of Zhejiang University, finish a suit of software for the thermal autocontrol teaching demonstration and simulation programming with Matlab. The software kit includes the dynamic analysis of the two steps system, the influences of the PID parameters in the dynamic progress of the system, and the typical auto control systems in the power plant. The applying of the software kit in the teaching ways will train the students' creative thinking, and improve the quality of the teaching efficiency in the courses. Also, it will act the active effect to deepen the innovation of the teaching ways and speedup the modernization of the teaching ways. Furthermore, the module of the typical auto control systems in the power plant can be used to correcting and optimizing the parameters of the load control systems in the power plant, and the simulation of systems. It offers a effective kit to the designers of the power plant to compare the parameters' influences offline. It can be used for a kit of Computer Aided Design in Control System individually. And the applying of it will improve the running efficiency of auto control systems in the power plant.
引文
1．韩璞、朱希彦 自动控制系统数字仿真 中国电力出版社，1996
2．熊光楞、沈被娜等 控制系统仿真与模型处理 科学出版社，1993
3．王冶宝、韩京清 CADCSC软件系统——控制系统计算机辅助设计 科学出版社，1997
4．柳承茂 MATLAB 5.X入门与应用 科学出版社，1999
5．施阳等 MATLAB语言精要及动态仿真工具SIMULINK 西北工业大学出版社，1997
6．郭启全、李燕 多媒体CAI的创作方法与实例 电子工业出版社，1997
7．徐家蓓 控制系统数字仿真 北京理工大学出版社，1998
8．清源计算机工作室 MATLAB基础及其应用 机械工业出版社，2000
9．徐基豫等 锅炉汽轮机自动调节 机械工业出版社，1985
10．程卫国等 MATLAB 5.3精要编程及高级应用 机械工业出版社，2000
11．师书恩 计算机辅助教育基本原理 电子工业出版社，1995
12．李克东、何克抗 计算机教育应用于教育革新 北京师范大学出版社，1997
13．薛理银、黄荣怀 教学软件的设计与开发 人民邮电出版社，1997
14．甄文祥、佟庆禹、张勇哲 计算机辅助教学与辅助培训技术 北京航空航天大学出版社，1997
15．张林秋 电化教学的应用和管理 北京大学出版社，1983
16．欧阳黎明 MATLAB控制系统设计 国防工业出版社，2001
17．陈怀琛、黄道君 控制系统CAD及MATLAB语言 电子工业出版社，1996
18．肖田元、张燕云、陈家栋 系统仿真导论 清华大学出版社，2000
19．刘卫国 科学计算与MATLAB语言长沙铁道学院，2000
20．刘豹 现代控制理论 机械工业出版社，2000
21．崔怡 MATLAB5.3实例祥解 航空工业出版社，2000
22．周建民 热工过程自动调节 兵器工业出版社，1992
23.Chang,P.M.,and S.Jayasuriya,"An Evaluation of Several Controller Synthesis Methodologies Using a Rotating Flexible Beam as a Test Bed,"ASME J.Dynamic Systems,Measurement,and Control,117(1995)
24.Mathworks,Inc.,The Student Edition of MATLAB,version 3.5.Upper Saddle River,NJ:Prentice Hall,1992
25.Mathworks,Inc.,The Student Edition of MATLAB,version 4.0.Upper Saddle River,NJ:Prentice Hall,1995
26.Ogata,K.,Solving Control Engineering Problems with MATLAB.Upper Saddle River,NJ:Prentice Hall,1994
27．Ogata,K.著 卢伯英、于海勋等译 现代控制工程(第三版) 电子工业出版社，2000
28．罗辉、鄢青云 热工仪表控制系统图库管理软件的开发 江西科学．2000，18(3)．-169-172
29．江孝国、王婉丽 高精度PID温度控制器 电子与自动化．2000，(5)．-13-15
30．朱予东、刘吉臻 基于专家规则的模糊控制器的仿真研究 华北电力大学学报．2000，27(4)．-29-34
31．曾庆忠 状态参量控制在CCS中的应用 湖北电力．2000，24(3)．-32-33
32．刘建江、叶敏 基于H∞理论的状态变量控制在主蒸汽温度控制中的应用 动力工程．2000，20(3)．-669-673
33．何同祥、史向东 过热汽温控制系统的典型控制策略及DCS实现 华北电力大学学报．2000，27(3)．-83-86
34．曾德良、刘吉臻 一个汽包锅炉动态模型结构的研究与仿真 武汉水利电力大学学报．1999，32(6)．-57-62
35．韩斌、张玉铎 热工系统仿真中几个问题的研究 东北电力学院学报．1998，18(3)．-39-43
36．赖赞云、廖梅玲 温控中热惯性抑制方法探讨 计量技术．1996，(11)．-11-13
37．杨庆柏、赵汉杰 微机热工过程模型的辨识与应用 华北电力技术，1996，(6)．-31-33
38．韩璞、刘吉臻 热工过程建模方法的研究及其应用 华北电力学院学报．1994，(2)．-87-92
39．韩璞 热工控制系统通用仿真软件设计 中国电力．1993，26(12)．-40-42
40．田沛、马平 大时延热工过程的模糊控制 华北电力学院学报．1993，(4)．-65-71
41．王祥薇 300MW火电机组仿真机给水调节方案的改进 热能动力工程．2001年9月第16卷
42．刘胜荣、周洪、姚刚 电厂气温过程控制中鲁棒控制器的设计与仿真 工业仪表与自动化装置．2001第3期
43．李丹、谢植 模糊控制在温度控制系统中的应用与发展 黄金学报．2000，2(4)．-294-297
44．万军 妈湾发电总厂300MW机组协调控制系统调试 中国电力．2000，33(12)．-55-58
45．向文国、蔡宁生 基于BP神经网络的蒸汽温度控制 自动化仪表．2000，21(12)．-4-6
46．袁廷奇、刘文江 基于自校正极值控制的燃烧优化方法 工业仪表与自动化装置．2001，(1)．-9-11
47．余勇、万德钧 一种基于遗传算法温控系统的设计 自动化仪表．2000，21(8)．-30-32
48．李宁、何汉青 多变量温度模糊控制器的研究 自动化与仪表．2000，15(5)．-4-6
49．薛志斌、李平 先进控制策略在电厂热工过程控制中的应用 青海电力．2000，(1)．-37-46
50．谷国林、梁华 智能控制的特点及其在电力工业中的应用 河北电力技术．2000，19(1)．-7-7，14
51．张传康、陈多刚 CCS主控制系统参数整定计算与分析 华东电力．2000，28(3)．-44-46
52．黄波、韩沐听 基于Windows32位平台下热力设备监控系统的开发 热能动力工程．2000，15(2)．-171-172
53．吴超英 基空组态软件温度控制系统 华东冶金学院学报．2000，17(3)．-225-228
54．曲建岭、高峰 水温模糊控制系统的设计 自动化仪表．2000，21(2)．-8-9，13
55．高国昌 漳平电厂热工自动调节系统存在问题及对策 福建电力与电工．1999，19(2)．-15-16，59
56．梁伟平、李遵基 热工对象时变系统的自校正预报 电网技术．1999，23(5)．-58-60
57．李遵基、毛巍 大滞后系统控制算法在再热汽温系统中的应用 华北电力大学学报．1998，25(4)．-59-63
58．王朝英 温度参数调节方式与分析 上海计量测试．1998，(3)．-25-26
59．雷光辉、王炳谦 热工自动控制系统实验装置 实验技术与管理．1998，15(6)．-35-37
60．张大海、马冬颖 PCC-可编程计算机控制器在锅炉自动控制中的应用 黑龙江电子技术．1999，(2)．-30-31，33
61．王晓兰、王慧中 在线自调整模糊专家控制器及在炉温控制中的应用 自动化与仪器仪表．1998，(1)．-6-9
62．党毅 工业锅炉的热工测量控制系统节能分析 广西节能．1997，(4)．-15-18
63．曾纪良、汤庸 热工技术监督信息管理系统的设计探讨 广东电力．1997，10(2)．-32-34
64．李俊 热工自动控制系统逻辑电路计算机仿真计算应用研究 广西电力技术．1995，(3)．-15-19，28
65．孙建平、张栾英 控制系统可靠性分析与设计 华北电力学院学报．1995，22(2)．-39-44
66．白建云 关于克服大纯滞后过程的试验与探讨 山西电力技术．1994，14(2)．-63-65
67．刘诚孚 关于加强热工自动化工作的几点意见 中国电力．1993，(10)．-18-20
68．刘吉臻、韩璞 现代过程控制技术的发展及应用 中国电力．1993，26(12)．-24-28
69．刘兆诗 火电厂热工自动化概况及设备配置 江苏电力情报．1993，(1)．-12-13
70．谷俊杰、张栾英 一种主汽温控制系统的设计方法 华北电力学院学报：增刊．1991．(A12)．-74-79
71．隽凤图 一种新型准连续PID调节的控温装置 陕西机械学院学报．1990，6(2)．-101-106
72．朱建华 用比例-积分调节器调节闭环系统的一种整定方法-比较法 热能动力工程．1990，5(6)．-25-29
73．郎意安、韩璞 热工过程模型识别与实时仿真系统 安徽电力．1990，(2)．-21-26
2．熊光楞、沈被娜等 控制系统仿真与模型处理 科学出版社，1993
3．王冶宝、韩京清 CADCSC软件系统——控制系统计算机辅助设计 科学出版社，1997
4．柳承茂 MATLAB 5.X入门与应用 科学出版社，1999
5．施阳等 MATLAB语言精要及动态仿真工具SIMULINK 西北工业大学出版社，1997
6．郭启全、李燕 多媒体CAI的创作方法与实例 电子工业出版社，1997
7．徐家蓓 控制系统数字仿真 北京理工大学出版社，1998
8．清源计算机工作室 MATLAB基础及其应用 机械工业出版社，2000
9．徐基豫等 锅炉汽轮机自动调节 机械工业出版社，1985
10．程卫国等 MATLAB 5.3精要编程及高级应用 机械工业出版社，2000
11．师书恩 计算机辅助教育基本原理 电子工业出版社，1995
12．李克东、何克抗 计算机教育应用于教育革新 北京师范大学出版社，1997
13．薛理银、黄荣怀 教学软件的设计与开发 人民邮电出版社，1997
14．甄文祥、佟庆禹、张勇哲 计算机辅助教学与辅助培训技术 北京航空航天大学出版社，1997
15．张林秋 电化教学的应用和管理 北京大学出版社，1983
16．欧阳黎明 MATLAB控制系统设计 国防工业出版社，2001
17．陈怀琛、黄道君 控制系统CAD及MATLAB语言 电子工业出版社，1996
18．肖田元、张燕云、陈家栋 系统仿真导论 清华大学出版社，2000
19．刘卫国 科学计算与MATLAB语言长沙铁道学院，2000
20．刘豹 现代控制理论 机械工业出版社，2000
21．崔怡 MATLAB5.3实例祥解 航空工业出版社，2000
22．周建民 热工过程自动调节 兵器工业出版社，1992
23.Chang,P.M.,and S.Jayasuriya,"An Evaluation of Several Controller Synthesis Methodologies Using a Rotating Flexible Beam as a Test Bed,"ASME J.Dynamic Systems,Measurement,and Control,117(1995)
24.Mathworks,Inc.,The Student Edition of MATLAB,version 3.5.Upper Saddle River,NJ:Prentice Hall,1992
25.Mathworks,Inc.,The Student Edition of MATLAB,version 4.0.Upper Saddle River,NJ:Prentice Hall,1995
26.Ogata,K.,Solving Control Engineering Problems with MATLAB.Upper Saddle River,NJ:Prentice Hall,1994
27．Ogata,K.著 卢伯英、于海勋等译 现代控制工程(第三版) 电子工业出版社，2000
28．罗辉、鄢青云 热工仪表控制系统图库管理软件的开发 江西科学．2000，18(3)．-169-172
29．江孝国、王婉丽 高精度PID温度控制器 电子与自动化．2000，(5)．-13-15
30．朱予东、刘吉臻 基于专家规则的模糊控制器的仿真研究 华北电力大学学报．2000，27(4)．-29-34
31．曾庆忠 状态参量控制在CCS中的应用 湖北电力．2000，24(3)．-32-33
32．刘建江、叶敏 基于H∞理论的状态变量控制在主蒸汽温度控制中的应用 动力工程．2000，20(3)．-669-673
33．何同祥、史向东 过热汽温控制系统的典型控制策略及DCS实现 华北电力大学学报．2000，27(3)．-83-86
34．曾德良、刘吉臻 一个汽包锅炉动态模型结构的研究与仿真 武汉水利电力大学学报．1999，32(6)．-57-62
35．韩斌、张玉铎 热工系统仿真中几个问题的研究 东北电力学院学报．1998，18(3)．-39-43
36．赖赞云、廖梅玲 温控中热惯性抑制方法探讨 计量技术．1996，(11)．-11-13
37．杨庆柏、赵汉杰 微机热工过程模型的辨识与应用 华北电力技术，1996，(6)．-31-33
38．韩璞、刘吉臻 热工过程建模方法的研究及其应用 华北电力学院学报．1994，(2)．-87-92
39．韩璞 热工控制系统通用仿真软件设计 中国电力．1993，26(12)．-40-42
40．田沛、马平 大时延热工过程的模糊控制 华北电力学院学报．1993，(4)．-65-71
41．王祥薇 300MW火电机组仿真机给水调节方案的改进 热能动力工程．2001年9月第16卷
42．刘胜荣、周洪、姚刚 电厂气温过程控制中鲁棒控制器的设计与仿真 工业仪表与自动化装置．2001第3期
43．李丹、谢植 模糊控制在温度控制系统中的应用与发展 黄金学报．2000，2(4)．-294-297
44．万军 妈湾发电总厂300MW机组协调控制系统调试 中国电力．2000，33(12)．-55-58
45．向文国、蔡宁生 基于BP神经网络的蒸汽温度控制 自动化仪表．2000，21(12)．-4-6
46．袁廷奇、刘文江 基于自校正极值控制的燃烧优化方法 工业仪表与自动化装置．2001，(1)．-9-11
47．余勇、万德钧 一种基于遗传算法温控系统的设计 自动化仪表．2000，21(8)．-30-32
48．李宁、何汉青 多变量温度模糊控制器的研究 自动化与仪表．2000，15(5)．-4-6
49．薛志斌、李平 先进控制策略在电厂热工过程控制中的应用 青海电力．2000，(1)．-37-46
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52．黄波、韩沐听 基于Windows32位平台下热力设备监控系统的开发 热能动力工程．2000，15(2)．-171-172
53．吴超英 基空组态软件温度控制系统 华东冶金学院学报．2000，17(3)．-225-228
54．曲建岭、高峰 水温模糊控制系统的设计 自动化仪表．2000，21(2)．-8-9，13
55．高国昌 漳平电厂热工自动调节系统存在问题及对策 福建电力与电工．1999，19(2)．-15-16，59
56．梁伟平、李遵基 热工对象时变系统的自校正预报 电网技术．1999，23(5)．-58-60
57．李遵基、毛巍 大滞后系统控制算法在再热汽温系统中的应用 华北电力大学学报．1998，25(4)．-59-63
58．王朝英 温度参数调节方式与分析 上海计量测试．1998，(3)．-25-26
59．雷光辉、王炳谦 热工自动控制系统实验装置 实验技术与管理．1998，15(6)．-35-37
60．张大海、马冬颖 PCC-可编程计算机控制器在锅炉自动控制中的应用 黑龙江电子技术．1999，(2)．-30-31，33
61．王晓兰、王慧中 在线自调整模糊专家控制器及在炉温控制中的应用 自动化与仪器仪表．1998，(1)．-6-9
62．党毅 工业锅炉的热工测量控制系统节能分析 广西节能．1997，(4)．-15-18
63．曾纪良、汤庸 热工技术监督信息管理系统的设计探讨 广东电力．1997，10(2)．-32-34
64．李俊 热工自动控制系统逻辑电路计算机仿真计算应用研究 广西电力技术．1995，(3)．-15-19，28
65．孙建平、张栾英 控制系统可靠性分析与设计 华北电力学院学报．1995，22(2)．-39-44
66．白建云 关于克服大纯滞后过程的试验与探讨 山西电力技术．1994，14(2)．-63-65
67．刘诚孚 关于加强热工自动化工作的几点意见 中国电力．1993，(10)．-18-20
68．刘吉臻、韩璞 现代过程控制技术的发展及应用 中国电力．1993，26(12)．-24-28
69．刘兆诗 火电厂热工自动化概况及设备配置 江苏电力情报．1993，(1)．-12-13
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71．隽凤图 一种新型准连续PID调节的控温装置 陕西机械学院学报．1990，6(2)．-101-106
72．朱建华 用比例-积分调节器调节闭环系统的一种整定方法-比较法 热能动力工程．1990，5(6)．-25-29
73．郎意安、韩璞 热工过程模型识别与实时仿真系统 安徽电力．1990，(2)．-21-26