過程式控制制工程

過程式控制制工程（第二版）

作者：王樹青、戴連奎、於玲 編著

叢書名：

出版日期：2008年3月 書號：978-7-122-01873-1

開本：16 裝幀：平 版次：2版1次 頁數：288頁

過程式控制制工程是控制科學與控制工程學科中的重要知識領域，是自動化專業學生必修課程之一。本書是在原《化工過程式控制制工程》和《工業過程式控制制工程》教材基礎上進行重新編寫的。

全書共分14章，每章末都附有練習題。本書從內容上全書可分成三大部分：第一部分是過程式控制制工程的基礎知識，包括第1～8章，內容有過程式控制制概論，過程機理和經驗建模，反饋控制，前饋控制和比值控制，串級、均勻、非線性增益補償、選擇性和分程式控制制，多迴路控制系統分析與設計和計算機控制系統；第二部分是先進控制技術，包括第9、10、14章，內容有基於模型的控制方法，過程監督控制和計算機綜合集成控制；第三部分是過程式控制制工程應用示例，包括第11、12、13章，內容有間歇過程式控制制、傳熱設備的控制以及精餾塔的控制。

1過程式控制制概論1

11控制系統的組成與目標1

111控制系統的由來1

112控制系統的組成3

113過程式控制制的術語與目標3

12控制儀錶與控制裝置4

121單元組合控制儀錶4

122計算機控制裝置6

13過程式控制制策略9

131反饋控制9

132前饋控制10

14反饋控制系統的分類11

思考題與習題113

2基於過程動力學的機理建模14

21過程建模的目的和方法14

22機理建模15

221機理法建模的步驟15

222常用的方程15

23典型過程的動態建模20

231液體儲罐的動態模型21

232串聯液體儲罐的動態模型22

233氣體壓力儲罐的動態模型23

234夾套式換熱器的動態模型24

235管式換熱器的動態模型25

236化學反應器的動態模型26

思考題與習題228

3基於實驗數據的經驗建模30

31階躍響應建模30

311階躍響應的獲取30

312由階躍響應確定近似傳遞函數31

313脈衝響應方法34

32回歸建模方法35

321線性回歸建模35

322離散時間模型及其辨識37

323神經網路建模39

思考題與習題342

4反饋控制44

41控制系統的性能指標44

411以階躍響應曲線的特徵參數作為

性能指標44

412偏差積分性能指標45

42三種常規的反饋控制模式46

421比例控制作用47

422比例積分控制作用48

423比例積分微分控制作用50

43PID控制器的選取與整定51

431控制器的選型51

432控制器參數整定52

433PID參數自整定55

44反饋控制系統的投運58

思考題與習題459

5前饋控制和比值控制60

51前饋控制系統60

511前饋控制的基本原理60

512前饋控制系統的特點62

52前饋控制系統的幾種結構形式62

521靜態前饋62

522動態前饋63

523前饋反饋控制系統64

524多變數前饋控制65

525用計算機實施前饋控制67

53比值控制系統68

531定比值控制系統69

532變比值控制系統71

533比值控制系統的實施72

534比值控制系統的設計、投運及

整定74

535比值控制系統中的若干問題75

思考題與習題576

6其他典型控制系統78

61串級控制系統78

611串級控制的概念及方框圖描述78

612串級控制系統分析79

613串級控制系統設計80

614串級控制系統舉例83

62非線性增益補償控制88

621非線性過程的特點88

622非線性補償方法90

623pH中和過程式控制制94

63均勻控制100

631均勻控制的由來100

632均勻控制的實現101

633均勻控制參數工程整定102

64選擇性控制系統103

641用於設備軟保護的選擇性控制103

642其他選擇性控制系統105

65分程式控制制系統和閥位控制系統106

651分程式控制制系統106

652閥位控制系統110

思考題與習題6111

7多迴路控制系統分析與設計114

71相對增益114

711相對增益的概念114

712相對增益矩陣的計算116

72耦合系統的變數配對與控制參數整定117

721耦合系統的變數配對118

722耦合多迴路系統的控制器參數

整定120

73多迴路系統的解耦設計124

731基於方框圖的線性解耦器124

732基於過程機理的非線性解耦器130

思考題與習題7131

8計算機控制系統133

81計算機控制系統概述133

82信號採集與處理135

821信號採集與變換135

822信號處理與數據濾波137

83數字PID控制演演算法140

831數字PID控制算式140

832數字PID改進算式141

833數字PID控制的實現143

834數字PID控制器參數整定145

84數字控制系統舉例146

841DCS（Distributed Control System）

概念146

842JX300X系統結構147

843JX300X系統軟體150

思考題與習題8153

9基於模型的控制方法154

91史密斯預估控制154

911史密斯補償原理154

912史密斯預估器的幾種改進方案157

92內模控制157

921基本內模控制系統的結構與性質158

922改進型內模控制系統159

93模型預測控制161

931模型預測控制的主要特徵162

932SISO無約束動態矩陣控制163

933MIMO受約束動態矩陣控制166

94先進控制應用示例：原油蒸餾塔的

多變數預測控制167

941工藝概況167

942常壓塔的多變數約束控制問題169

943常壓塔先進控制系統的運行結果170

思考題與習題9171

10過程監督控制172

101監督控制概述172

102過程監視與控制172

1021過程變數限值檢查法173

1022過程監控一般方法173

1023質量控制圖法175

103統計過程式控制制技術179

1031過程能力指數179

10326Sigma方法180

1033多元統計控制技術181

1034過程式控制制和統計過程式控制制的

關係182

思考題與習題10183

11間歇過程式控制制184

111間歇生產過程及控制184

1111間歇生產過程特點184

1112間歇生產過程式控制制系統185

112順序邏輯控制186

113間歇生產過程中的控制188

1131間歇生產過程的特殊控制方法189

1132間歇反應器的控制191

114批次對批次（RuntoRun）控制193

1141概述193

1142指數加權移動平均控制演演算法194

1143應用示例196

115間歇生產過程管理197

1151處方（Recipe）和配方的管理197

1152間歇生產過程計劃與調度198

思考題與習題11199

12傳熱設備的控制201

121概述201

1211熱量傳遞的三種方式201

1212換熱設備的結構類型203

1213換熱設備的靜態特性203

1214換熱設備的動態特性205

122換熱設備的控制207

1221換熱器的控制207

1222蒸汽加熱器的控制208

1223冷凝冷卻器的控制209

123加熱爐的控制210

1231加熱爐的單迴路控制方案210

1232加熱爐的串級控制方案211

124鍋爐設備的控制214

1241汽包水位的控制216

1242燃燒系統的控制219

1243蒸汽過熱系統的控制222

思考題與習題12222

13精餾塔的控制224

131精餾塔的控制目標224

1311質量指標224

1312產品產量和能量消耗225

132精餾塔的靜態特性和動態特性226

1321精餾塔的靜態特性226

1322精餾塔的動態模型228

133精餾塔質量指標的選取233

1331靈敏板的溫度控制233

1332溫差控制233

1333雙溫差控制234

134精餾塔的常用控制方案235

1341物料平衡控制237

1342精餾段質量指標控制241

1343提餾段質量指標控制246

1344兩端質量指標控制249

135精餾塔的先進控制方案253

1351內迴流控制253

1352產品質量的軟測量與推斷控制254

1353精餾塔的節能控制255

思考題與習題13257

14計算機綜合集成控制259

141計算機綜合集成控制概述259

1411流程工業生產過程運作特點259

1412計算機綜合集成控制260

142信息源與信息集成系統261

1421企業信息和數據來源261

1422信息分類與編碼261

1423企業信息系統綜合集成技術263

143數據校正技術264

1431概述264

1432數據校正原理264

1433過失誤差檢測原理264

144數據驅動下的企業運行265

1441生產過程的安全、穩定運行265

1442生產過程的優化管理及運行266

145優化技術及應用267

1451最優化概念267

1452實時優化經濟模型269

1453實時優化控制技術270

1454最優化演演算法及控制273

思考題與習題14276

參考文獻278