過程式控制制系統

《過程式控制制系統》以過程式控制制系統為研究對象，全面地介紹了相關過程的動態特性、建模方法、控制器原理、計算機過程式控制制系統、集散控制系統等內容。既介紹簡單控制系統，又闡述複雜控制系統與先進控制技術以及聚類融合控制，並分析控制系統方案，對控制器參數進行整定，對典型流程工業生產過程進行案例分析，並介紹應用現狀和發展前景。

全書內容豐富，系統性和先進性都比較突出，強調理論聯繫實際，有很多工業過程式控制制的案例，便於學生學習與理解。讀者對象：該書可作為高等學校自動化專業的過程式控制制系統教材，也可供流程工業工程技術人員和管理人員自學，或作為高校相關專業師生的教學參考書。

第1章 緒論 1

1.1 過程式控制制發展概況 1

1.2 過程式控制制的特點 3

1.3 過程式控制制系統的組成及其分類 4

1.3.1 過程式控制制系統的組成 4

1.3.2 過程式控制制系統的分類 8

1.4 “過程式控制制”課程的性質和任務 9

思考題與習題 10

第2章 被控過程特性及其數學模型 11

2.1 被控過程的數學模型 11

2.2 工業過程數學模型建立 12

2.2.1 機理建模方法 12

2.2.2 系統辨識法（實驗模型） 14

2.2.3 混合建模法 15

2.3 單容對象的動態特性 16

2.3.1 自平衡過程的動態特性 16

2.3.2 無自平衡過程的動態特性 18

2.4 多容對象的動態特性 19

2.4.1 具有自平衡能力的雙容過程 19

2.4.2 不具有自平衡能力的雙容過程 21

2.5 用響應曲線法辨識過程的數學模型 22

2.5.1 無滯后一階慣性環節的參數確定 22

2.5.2 一階純滯后慣性環節的參數確定 23

2.5.3 二階環節的參數確定 24

2.5.4 n階環節的參數確定 24

2.6 最小二乘法辨識過程的模型 25

思考題與習題 26

第3章 過程式控制制系統——單迴路控制系統的工程設計 27

3.1 過程式控制制系統工程設計概述 27

3.1.1 對過程式控制制系統設計的一般要求 28

3.1.2 過程式控制制系統設計步驟 28

3.1.3 過程式控制制系統設計的主要內容 29

3.1.4 過程式控制制系統設計中的若干問題 29

3.2 控制方案設計 30

3.2.1 過程式控制制系統的性能指標 30

3.2.2 被控變數確定 31

3.2.3 控制變數確定 32

3.3 過程式控制制系統設備選擇 39

3.3.1 測量儀錶與感測器選型原則 39

3.3.2 執行器（調節閥）選擇 42

3.3.3 控制器（調節器）選擇 44

3.4 簡單過程式控制制系統的投運和控制器參數整定 45

3.4.1 簡單控制系統投運 45

3.4.2 控制器參數整定 46

3.5 單迴路控制系統工程設計實例 51

3.5.1 噴霧式乾燥設備控制系統設計 51

3.5.2 貯槽液位控制系統設計 53

思考題與習題 54

第4章 複雜過程式控制制系統 57

4.1 串級控制 57

4.1.1 串級控制系統的結構與工作過程 57

4.1.2 串級控制系統的特點與分析 59

4.1.3 串級控制系統的設計 64

4.1.4 串級控制系統控制器參數整定 65

4.1.5 串級控制系統的工業應用 67

4.2 前饋控制 69

4.2.1 前饋控制系統的基本概念 69

4.2.2 前饋控制系統的結構 72

4.2.3 前饋控制的選用與穩定性 76

4.2.4 前饋控制系統的工程整定 76

4.2.5 前饋控制系統的工業應用 79

4.3 大滯後補償控制 82

4.3.1 大滯後過程與常規控制方案 82

4.3.2 大滯後過程的預估補償控制 85

4.3.3 大滯後過程的採樣控制 87

4.3.4 大滯后控制系統工業應用舉例 88

4.4 比值控制 92

4.4.1 常用的比值控制方案 93

4.4.2 比值控制系統的設計與整定 95

4.4.3 比值控制系統的工業應用 96

4.5 分程與選擇性控制 97

4.5.1 分程式控制制系統原理與設計 97

4.5.2 分程式控制制系統的工業應用 99

4.5.3 選擇性控制系統原理與設計 101

4.5.4 選擇性控制系統的工業應用 103

4.5.5 選擇性控制系統中的積分飽和與防止 103

4.6 多變數解耦控制 105

4.6.1 概述 105

4.6.2 相對增益及其性質 106

4.6.3 複雜過程式控制制通道的選擇 113

4.6.4 耦合過程式控制制器參數整定 116

4.6.5 解耦設計 117

4.6.6 解耦控制中的一些問題 120

4.7 計算機過程式控制制 122

4.7.1 計算機過程式控制制系統的組成與特點 123

4.7.2 數字控制器的模擬化設計 126

4.7.3 計算機過程式控制制系統的設計 135

思考題與習題 139

第5章 先進過程式控制制 146

5.1 預測控制 146

5.1.1 概述 146

5.1.2 預測控制的基本原理 147

5.1.3 預測控制的實現 152

5.1.4 預測控制的工業應用 153

5.2 模糊控制 158

5.2.1 模糊數學基礎 158

5.2.2 模糊控制器工作原理 163

5.2.3 模糊控制器的設計 166

5.2.4 模糊控制器的改進 172

5.2.5 模糊控制系統的工業應用 174

5.3 神經網路控制 178

5.3.1 神經元網路的基本原理與結構 178

5.3.2 神經元網路的模型 182

5.3.3模糊神經網路 186

5.3.4 神經網路控制系統結構 189

5.3.5 基於神經網路的控制系統設計 191

思考題與習題 198

第6章 聚類融合控制 200

6.1 聚類融合控制的基本概念 200

6.1.1 問題的提出 200

6.1.2 聚類融合控制的基本思想 200

6.2 聚類融合控制系統的結構 201

6.3 模式窗口及時間序列融合 202

6.3.1 模式窗口的概念 202

6.3.2 融合窗口及其選擇 203

6.4 聚類融合控制系統的設計 204

6.4.1 輸入信息空間 204

6.4.2 聚類融合空間 206

6.4.3 類別空間 207

6.4.4 控制輸出空間 208

6.5 類別空間的特性 209

6.5.1 類別空間坐標系統 209

6.5.2 定性類別空間 210

6.5.3 過程行為的基本類別 211

6.5.4 行為空間和行為軌跡 212

6.6 ART在聚類融合控制中的應用 213

6.6.1 ART神經網路的特點 213

6.6.2 ART-2的參數設計 213

6.7 ART-2應用中的幾個實際問題 218

6.7.1 小幅值分量特徵的判別 218

6.7.2 幅值大小的問題 219

6.8 時間序列信息融合的結構 220

6.8.1 集中式和分散式融合 220

6.8.2 用二進位編碼進行二次融合 222

6.9 模糊聚類融合控制 224

6.9.1 模糊控制存在的問題 224

6.9.2 模糊聚類融合控制的基本思想 226

6.9.3 模糊聚類融合控制系統的結構 227

6.9.4 模糊聚類融合控制的設計 228

6.10 聚類融合控制系統的工業應用 229

6.10.1 概述 229

6.10.2 循環流化床鍋爐簡介 229

6.10.3 循環流化床鍋爐燃燒過程聚類融合控制 230

思考題與習題 239

第7章 計算機集散控制系統 240

7.1 概述 240

7.1.1 集散控制系統的組成 240

7.1.2 集散控制系統的特點 242

7.1.3 集散控制系統的發展 242

7.2 集散控制系統的現場控制站 243

7.2.1 參數控制 245

7.2.2 邏輯和順序控制 251

7.2.3 數據監測 254

7.3 集散控制系統的操作員站和工程師站 255

7.3.1 操作員站和工程師站的功能 255

7.3.2 操作員站和工程師站的硬設備 256

7.3.3 操作員站和工程師站的軟體 257

7.4 集散控制系統的網路與通信 261

7.4.1 概述 261

7.4.2 網路技術初步 261

7.4.3 信息傳輸技術初步 263

7.4.4 典型系統的通信網路 265

7.5 集散控制系統的工程化設計 267

7.5.1 工程化設計的特點 267

7.5.2 集散控制系統的方案論證 268

7.5.3 集散控制系統的評估 268

7.5.4 集散控制系統的工程設計 270

思考題與習題 271

第8章 過程式控制制工程應用實例 272

8.1 化肥廠H2/N2比例控制 272

8.2 氯乙烯精餾過程式控制制 275

8.3 TDC-3000在聚苯乙烯裝置上的應用 277

8.4 CENTUM系統在合成氨裝置中的應用 282

思考題與習題 284

附錄A 信息融合基礎知識 285

A.1 自適應諧振神經網路 285

A.1.1 自適應諧振理論 285

A.1.2 ART-2神經網路 289

A.2 模式識別和聚類分析基礎 295

A.2.1 模式和模式空間 295

A.2.2 模式類和類別空間 295

A.2.3 模式識別 296

A.2.4 聚類分析 296

A.3 多感測器信息融合 297

A.3.1 多感測器系統 297

A.3.2 多感測器的信息融合 298

A.3.3 多感測器信息融合的方法 301

參考文獻 305