過程式控制制工程

過程式控制制工程（第三版）

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作者：羅健旭、黎冰、黃海燕、何衍慶 編著

出版日期：2015年10月 書號：978-7-122-24849-7

開本：16K　787×1092　1/16 裝幀：平 版次：3版1次 頁數：250頁

本書共分9章。分別按控制結構、工業過程設備等內容進行討論。第1部分內容涉及建立被控過程的數學模型、簡單控制系統各組成環節的分析和相互影響；常見的串級控制、均勻控制、前饋控制、比值控制、分程式控制制、選擇性控制、雙重控制和基於模型計算的控制系統等複雜控制系統；為便於理論與實踐結合，增加了各類複雜控制系統的設計應用示例。介紹先進控制系統，包括預測控制、解耦控制、軟測量和推斷控制、時滯補償控制、智能控制和間歇過程的控制等內容。第2部分以工業過程設備為主線，分析和討論不同類型工業設備的控制，包括流體輸送設備、傳熱設備、精餾塔和化學反應器設備的控制。

第1章緒論1

1.1過程式控制制工程課程的目的與任務1

1.2過程式控制制概述2

1.3過程式控制制的發展和趨勢3

習題和思考題6

第2章過程動態數學模型7

2.1被控過程動態數學模型和建模7

2.1.1被控過程的數學模型7

2.1.2被控過程動態數學模型的建立8

2.2過程特性對控制性能指標的影響13

2.2.1自衡的非振蕩過程特性對控制性能指標的影響13

2.2.2控制系統的確定14

習題和思考題15

第3章單迴路控制系統16

3.1控制系統組成和控制性能指標16

3.1.1控制系統的組成16

3.1.2控制系統的控制性能指標19

3.2檢測變送環節22

3.2.1檢測變送環節的性能22

3.2.2檢測變送信號的數據處理24

3.3執行器環節26

3.3.1執行器概述26

3.3.2控制閥流量特性28

3.3.3控制閥流量特性的選擇30

3.3.4閥門定位器的正確使用33

3.3.5其他執行器34

3.4控制器的控制演演算法35

3.4.1模擬PID控制演演算法35

3.4.2數字PID控制演演算法44

3.4.3開關控制48

3.5控制器參數整定和控制系統投運49

3.5.1控制器參數整定原則49

3.5.2控制器參數整定方法50

3.5.3控制系統的投運和維護53

3.6簡單控制系統設計實例54

3.6.1變換爐生產工藝過程簡介54

3.6.2控制方案分析54

3.6.3檢測變送儀錶和控制儀錶的選型55

習題和思考題56

第4章常用複雜控制系統58

4.1串級控制系統58

4.1.1基本原理、結構和性能分析58

4.1.2串級控制系統設計和工程應用中的問題62

4.1.3串級控制系統中控制器的參數整定和系統投運66

4.1.4串級控制系統設計示例67

4.2均勻控制系統69

4.2.1基本原理和結構69

4.2.2均勻控制系統中控制器的參數整定70

4.2.3均勻控制系統設計示例71

4.3前饋控制系統72

4.3.1基本原理、結構和性能分析72

4.3.2前饋控制系統設計和工程應用中的問題75

4.3.3前饋控制系統的參數整定和投運78

4.3.4多變數前饋控制系統78

4.3.5前饋控制系統設計示例79

4.4比值控制系統80

4.4.1基本原理、結構和性能分析80

4.4.2比值控制系統的實施81

4.4.3比值控制系統設計和工程應用中的問題83

4.4.4比值控制系統的參數整定和投運85

4.4.5比值控制系統設計示例85

4.5分程式控制制系統88

4.5.1基本原理、結構和性能分析88

4.5.2分程式控制制系統設計和工程應用中的問題88

4.5.3分程式控制制系統設計示例91

4.6選擇性控制系統91

4.6.1基本原理、結構和性能分析91

4.6.2選擇性控制系統設計和工程應用中的問題93

4.6.3選擇性控制系統與其他控制系統的結合93

4.6.4選擇控制系統設計示例94

4.7雙重控制系統96

4.7.1基本原理、結構和性能分析96

4.7.2雙重控制系統設計和工程應用中的問題97

4.7.3雙重控制系統設計示例98

4.8根據模型計算的控制系統99

4.8.1根據模型計算測量值的控制系統99

4.8.2根據模型計算設定值的控制系統100

4.8.3非線性控制102

4.8.4根據模型計算的控制系統設計示例104

習題和思考題106

第5章先進控制系統109

5.1預測控制109

5.1.1預測控制109

5.1.2預測控制系統實施時的注意事項112

5.1.3預測控制系統設計示例113

5.2解耦控制118

5.2.1系統關聯分析和相對增益118

5.2.2解耦控制系統的設計和工程應用中的問題121

5.2.3解耦控制系統設計示例126

5.3軟測量和推斷控制130

5.3.1軟測量技術130

5.3.2推斷控制系統132

5.3.3軟測量和推斷控制設計示例133

5.4時滯補償控制134

5.4.1史密斯預估補償控制135

5.4.2內模控制136

5.4.3增益自適應補償控制138

5.4.4觀測補償控制138

5.4.5時滯補償控制系統設計示例140

5.5智能控制142

5.5.1概述142

5.5.2模糊控制142

5.5.3神經網路控制146

5.5.4智能控制系統設計示例149

5.6間歇過程的控制151

5.6.1間歇過程的特點151

5.6.2間歇過程的控制152

5.6.3間歇過程式控制制系統的特殊控制154

5.6.4間歇生產過程的生產計劃和調度155

習題和思考題159

第6章流體輸送設備的控制161

6.1泵和壓縮機的基本控制161

6.1.1離心泵的控制161

6.1.2容積式泵的控制163

6.1.3風機的控制164

6.1.4壓縮機的控制165

6.2離心壓縮機的防喘振控制166

6.2.1離心壓縮機的喘振166

6.2.2離心壓縮機防喘振控制系統的設計和應用時的注意事項167

6.2.3離心壓縮機防喘振控制系統設計示例171

6.3變頻調速技術的應用172

6.3.1概述172

6.3.2離心風機的變頻調速控制174

6.3.3離心式泵的變頻調速175

6.3.4變頻調速控制系統設計示例176

習題和思考題178

第7章傳熱設備的控制179

7.1傳熱設備的特性179

7.1.1熱量傳遞方式179

7.1.2換熱器靜態特性180

7.2一般傳熱設備的控制183

7.2.1一般傳熱設備的基本控制183

7.2.2一般傳熱設備的複雜控制184

7.3鍋爐設備的控制185

7.3.1鍋爐汽包水位的控制186

7.3.2蒸汽過熱系統的控制189

7.3.3鍋爐燃燒控制系統189

7.4加熱爐的控制193

7.4.1加熱爐的簡單控制193

7.4.2加熱爐的複雜控制193

7.4.3加熱爐的安全聯鎖保護系統194

7.5蒸發器的控制195

7.5.1蒸發器的特性195

7.5.2蒸發器的控制195

7.6工業窯爐的控制196

7.6.1陶瓷窯爐的控制196

7.6.2玻璃熔窯的控制198

7.6.3水泥窯爐的控制200

習題和思考題201

第8章精餾塔的控制203

8.1概述203

8.1.1精餾塔的控制目標203

8.1.2精餾塔擾動分析205

8.2精餾塔的特性205

8.2.1物料平衡和內部物料平衡205

8.2.2能量平衡206

8.2.3進料濃度zF和流量F對產品質量的影響及控制策略208

8.2.4精餾塔動態模型210

8.3精餾塔的基本控制213

8.3.1精餾塔的被控變數213

8.3.2精餾塔的基本控制215

8.4複雜控制系統在精餾塔中的應用219

8.4.1串級控制219

8.4.2前饋-反饋控制219

8.4.3選擇性控制219

8.4.4節能控制222

習題和思考題227

第9章化學反應器的控制228

9.1概述228

9.1.1化學反應器的類型和控制要求228

9.1.2化學反應器的特性229

9.2化學反應器的控制235

9.2.1出料成分的控制235

9.2.2反應過程的工藝狀態參數作為間接被控變數235

9.2.3pH控制236

9.2.4化學反應器的推斷控制237

9.2.5穩定外圍的控制238

9.2.6開環不穩定反應器的控制239

9.3典型化學反應過程的控制系統設計示例241

9.3.1合成氨過程的控制241

9.3.2催化裂化過程反應-再生系統的控制243

習題和思考題244

附錄管道儀錶流程圖的設計符號245

模擬試題248

參考文獻250