《過程控制系統(tǒng)》

前言

第1章 緒論

第2章 工業(yè)過程數(shù)學(xué)模型

第3章 控制器的控制規(guī)律

第4章 簡單控制系統(tǒng)

第5章 常用復(fù)雜控制系統(tǒng)

第6章 先進(jìn)控制技術(shù)

第7章 典型過程單元控制

第8章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程的控制

參考文獻(xiàn)2100433B

本書在分析穩(wěn)態(tài)和動態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，主要討論了簡單控制系統(tǒng)，常用復(fù)雜控制系統(tǒng)(串級、均勻、比值、前饋、選擇性、分程、雙重、差拍等控制)的結(jié)構(gòu)、原理、特點、適用場合、系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用等問題，并簡單介紹了先進(jìn)控制技術(shù)(基于模型的預(yù)測控制、軟測量技術(shù)、純滯后補(bǔ)償控制、自適應(yīng)控制、智能控制、綜合自動化等)。闡述了過程工業(yè)(石化、化工、輕工、醫(yī)藥等)生產(chǎn)過程中的典型單元操作的控制方案，還介紹了典型工業(yè)生產(chǎn)過程(常減壓過程、催化裂化過程、乙烯生產(chǎn)過程、聚合過程、生化過程、造紙過程、冶金過程、電力過程和化肥生產(chǎn)過程)的控制。本書的特點是理論與實際結(jié)合，基本理論與新技術(shù)并重，內(nèi)容切合信息時代的需要，并力求深入淺出，著重物理概念。 本書可作為大學(xué)過程控制系統(tǒng)課程的教材或參考書，也可供從事過程控制的工程技術(shù)人員或有關(guān)專業(yè)的高校師生閱讀使用，還可供需要了解過程控制系統(tǒng)的自動化工作者參考。

《過程控制系統(tǒng)》以過程控制系統(tǒng)為研究對象，全面地介紹了相關(guān)過程的動態(tài)特性、建模方法、控制器原理、計算機(jī)過程控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)等內(nèi)容。既介紹簡單控制系統(tǒng)，又闡述復(fù)雜控制系統(tǒng)與先進(jìn)控制技術(shù)以及聚類融合控制，并分析控制系統(tǒng)方案，對控制器參數(shù)進(jìn)行整定，對典型流程工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行案例分析，并介紹應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景。

全書內(nèi)容豐富，系統(tǒng)性和先進(jìn)性都比較突出，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實際，有很多工業(yè)過程控制的案例，便于學(xué)生學(xué)習(xí)與理解。 讀者對象：該書可作為高等學(xué)校自動化專業(yè)的過程控制系統(tǒng)教材，也可供流程工業(yè)工程技術(shù)人員和管理人員自學(xué)，或作為高校相關(guān)專業(yè)師生的教學(xué)參考書。

前言

第1章過程控制系統(tǒng)及仿真概述

1.1過程控制的任務(wù)與目標(biāo)

1.2過程控制系統(tǒng)的組成與特點

1.3過程控制系統(tǒng)的分類

1.3.1一般分類

1.3.2按設(shè)定值形式分類

1.3.3按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分類

1.4過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

1.4.1時域控制性能指標(biāo)

1.4.2綜合控制性能指標(biāo)

1.5過程控制系統(tǒng)的MATLAB計算與仿真

1.5.1控制系統(tǒng)計算機(jī)仿真

1.5.2控制系統(tǒng)的MATLAB計算與仿真

第2章控制系統(tǒng)MA丁LAB仿真基礎(chǔ)

2.1MATLAB系統(tǒng)概述

2.1.1MATLAB簡介

2.1.2MATLAB集成環(huán)境的組成

2.1.3MATLAB編程基礎(chǔ)

2.2MATLAB數(shù)值計算功能

2.2.1MATLAB數(shù)據(jù)類型

2.2.2矩陣及其運(yùn)算

2.3MATuB圖形功能

2.3.1二維圖形的繪制

2.3.2三維圖形的繪制

2.4程序設(shè)計

2.4.1M文件

2.4.2流程控制語句

2.5Simulink仿真基礎(chǔ)

2.5.1Simulink的基本操作

2.5.2系統(tǒng)仿真及參數(shù)設(shè)置

2.5.3Simulink仿真分析

第3章PID控制器

3.1概述

3.2比例調(diào)節(jié)器

3.2.1比例調(diào)節(jié)和比例帶

3.2.2比例調(diào)節(jié)的特點

3.3積分調(diào)節(jié)器

3.3.1積分調(diào)節(jié)器概述

3.3.2積分調(diào)節(jié)器的特點

3.3.3積分速度對控制系統(tǒng)的影響

3.4比例積分調(diào)節(jié)器

3.4.1比例積分調(diào)節(jié)

3.4.2比例積分調(diào)節(jié)器的特點

3.4.3比例積分調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)過渡過程的影響

3.4.4積分飽和及防止

3.5比例微分調(diào)節(jié)器

3.5.1比例微分控制算法

3.5.2比例微分調(diào)節(jié)器的特點

3.6比例積分微分調(diào)節(jié)器

3.6.1比例積分微分調(diào)節(jié)器的表達(dá)式

3.6.2PID調(diào)節(jié)器的頻率響應(yīng)特性

3.6.3PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)

3.7數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器

3.7.1數(shù)字式PID控制算法的形式

3.7.2數(shù)字式PID控制算法的特點

3.8改進(jìn)的PID控制算法

3.8.1積分分離PID控制算法

3.8.2抗積分飽和PID控制算法

3.8.3梯形積分PID控制算法

3.8.4變速積分PID控制算法

3.8.5微分先行PID控制算法

3.8.6比例先行I-PD控制算法

3.8.7帶有死區(qū)的PID調(diào)節(jié)器

3.9PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定

3.9.1PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的原則

3.9.2PID調(diào)節(jié)器工程整定法的特點

3.9.3PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定

第4章簡單過程控制系統(tǒng)及MATLAB計算與仿真

4.1簡單過程控制系統(tǒng)的組成

4.2簡單過程控制系統(tǒng)的設(shè)計

4.2.1被控對象的動態(tài)特性

4.2.2被控變量的選擇

4.2.3操縱變量的選擇

4.2.4檢測變送環(huán)節(jié)

4.2.5執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇

4.3簡單過程控制系統(tǒng)的MATLAB計算與仿真

第5章串級控制系統(tǒng)及MATLAB計算與仿真

5.1串級控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)

5.1.1串級控制系統(tǒng)的基本概念

5.1.2串級控制系統(tǒng)的組成

5.1.3串級控制系統(tǒng)的工作過程

5.2串級控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計

5.2.1串級控制系統(tǒng)的分析

5.2.2串級控制系統(tǒng)的設(shè)計

5.3串級控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定

5.3.1逐步逼近法

5.3.2兩步整定法

5.3.3一步整定法

5.4串級控制系統(tǒng)應(yīng)用的MATLAB計算與仿真

5.4.1串級控制系統(tǒng)用于克服變化劇烈和幅值大的干擾

5.4.2串級控制系統(tǒng)用于克服對象的純滯后

5.4.3串級控制系統(tǒng)用于克服對象的容量滯后

5.4.4串級控制系統(tǒng)用于克服對象特性的非線性

第6章特殊控制系統(tǒng)的MATLAB計算與仿真

6.1比值控制系統(tǒng)

6.1.1比值控制原理

6.1.2比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型

6.2比值控制系統(tǒng)設(shè)計

6.2.1主動量、從動量的選擇

6.2.2控制方案的選擇

6.2.3調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇

6.2.4比值系數(shù)的計算

6.2.5實施方案的選擇

6.2.6調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定

6.3比值控制系統(tǒng)的MATLAB計算與仿真

6.4均勻控制系統(tǒng)

6.4.1均勻控制的概念

6.4.2均勻控制系統(tǒng)的特點

6.5均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

6.5.1簡單均勻控制

6.5.2串級均勻控制

6.5.3雙沖量均勻控制

6.5.4控制規(guī)律的選擇

6.5.5均勻控制系統(tǒng)參數(shù)整定

6.6均勻控制系統(tǒng)的MATLAB計算與仿真

6.7分程控制系統(tǒng)

6.7.1分程控制的概念

6.7.2分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用

6.7.3分程控制應(yīng)用中的幾個問題

6.7.4分程控制的應(yīng)用

6.8選擇性控制系統(tǒng)

6.8.1選擇性控制的概念

6.8.2選擇性控制系統(tǒng)的類型

6.8.3選擇性控制系統(tǒng)設(shè)計

6.8.4選擇性控制系統(tǒng)的應(yīng)用

6.9雙重控制系統(tǒng)

6.9.1基本原理和結(jié)構(gòu)

6.9.2雙重控制系統(tǒng)設(shè)計

6.9.3雙重控制系統(tǒng)的MATLAB計算與仿真

6.10應(yīng)用實例

6.10.1間歇式生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)的分程控制

6.10.2精餾過程中冷凝器的選擇性控制系統(tǒng)

6.10.3甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的比值控制及比值報警系統(tǒng)

6.10.4隧道窯爐的串級及比值控制系統(tǒng)

6.10.5加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)

第7章補(bǔ)償控制系統(tǒng)及MATLAB計算與仿真

7.1前饋控制系統(tǒng)

7.1.1前饋控制系統(tǒng)的原理和特點

7.1.2前饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

7.2前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計

7.2.1前饋控制系統(tǒng)可實現(xiàn)的條件-

7.2.2前饋控制器的實施

7.2.3前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定

7.3前饋控制系統(tǒng)的MATLAB計算與仿真

7.3.1前饋控制系統(tǒng)

7.3.2前饋-反饋控制系統(tǒng)

7.4大時滯過程控制系統(tǒng)及MATLAB計算與仿真

7.4.1改進(jìn)的常規(guī)控制方案

7.4.2預(yù)估補(bǔ)償控制

7.4.3采樣控制方案

第8章解耦控制系統(tǒng)的MATLAB計算與仿真

8.1多變量控制系統(tǒng)的耦合

8.1.1第一增益

8.1.2第二增益

8.1.3相對增益

8.1.4相對增益的性質(zhì)

8.1.5多輸入多輸出系統(tǒng)的相對增益矩陣

8.2消除和減弱耦合的方法

8.2.1被控變量（輸出變量）與操縱變量（輸入變量）間的正確匹配

8.2.2控制器的參數(shù)整定

8.2.3減少控制回路

8.2.4串接解耦控制

8.3解耦控制系統(tǒng)設(shè)計

8.3.1對角陣解耦控制

8.3.2單位矩陣解耦控制

8.3.3前饋補(bǔ)償解耦控制

8.3.4反饋解耦控制

8.3.5簡化解耦控制系統(tǒng)

8.4解耦控制系統(tǒng)的MATLAB計算與仿真

第9章典型過程控制系統(tǒng)

9.1傳熱設(shè)備的控制系統(tǒng)

9.1.1傳熱設(shè)備的類型

9.1.2傳熱設(shè)備的控制目的

9.1.3換熱器的控制

9.1.4蒸汽加熱器的控制

9.1.5冷凝冷卻器的控制

9.2鍋爐設(shè)備的控制

9.2.1鍋爐設(shè)備概述

9.2.2鍋爐汽包水位控制

9.2.3鍋爐燃燒控制系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)

……

第1章 概述 （1）

1.1 過程控制的要求與任務(wù) （1）

1.2 過程控制系統(tǒng)的組成與特點 （3）

1.2.1 過程控制系統(tǒng)的組成 （3）

1.2.2 過程控制系統(tǒng)特點 （5）

1.3 過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) （6）

1.3.1 單項性能指標(biāo) （7）

1.3.2 綜合性能指標(biāo) （7）

1.4 過程控制系統(tǒng)的設(shè)計 （8）

1.4.1 確定系統(tǒng)變量 （9）

1.4.2 確定控制方案 （10）

1.4.3 過程控制系統(tǒng)硬件選擇 （10）

1.4.4 設(shè)計安全保護(hù)系統(tǒng) （11）

1.4.5 系統(tǒng)調(diào)試和投運(yùn) （11）

1.5 過程控制的發(fā)展與趨勢 （12）

1.5.1 過程控制裝置的進(jìn)展 （12）

1.5.2 過程控制策略的進(jìn)展 （15）

本章小結(jié) （15）

習(xí)題 （16）

第2章 被控過程的數(shù)學(xué)模型 （17）

2.1 過程模型概述 （17）

2.1.1 被控過程的動態(tài)特性 （17）

2.1.2 數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式與要求 （20）

2.1.3 建立過程數(shù)學(xué)模型的基本方法 （23）

2.2 機(jī)理法建模 （24）

2.2.1 單容對象的傳遞函數(shù) （24）

2.2.2 多容對象的傳遞函數(shù) （29）

2.3 測試法建模 （32）

2.3.1 對象特性的實驗測定方法 （32）

2.3.2 測定動態(tài)特性的時域法 （33）

2.3.3 測定動態(tài)特性的頻域法 （40）

2.4 利用MATLAB建立過程模型 （42）

本章小結(jié) （48）

習(xí)題 （48）

第3章 執(zhí)行器 （50）

3.1 氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu) （50）

3.1.1 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu) （50）

3.1.2 閥 （51）

3.1.3 閥門定位器 （52）

3.2 調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù) （53）

3.2.1 調(diào)節(jié)閥的流量方程 （53）

3.2.2 流量系數(shù)的定義 （54）

3.2.3 流量系數(shù)計算 （55）

3.3 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性 （59）

3.3.1 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性 （60）

3.3.2 調(diào)節(jié)閥的流量特性 （62）

3.3.3 調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比 （66）

3.4 氣動調(diào)節(jié)閥的選型 （68）

3.4.1 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的選擇 （69）

3.4.2 調(diào)節(jié)閥氣開與氣關(guān)形式的選擇 （69）

3.4.3 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇 （70）

3.4.4 調(diào)節(jié)閥口徑的確定 （71）

3.5 利用MATLAB確定調(diào)節(jié)閥的口徑 （78）

本章小結(jié) （84）

習(xí)題 （84）

第4章 PID控制原理 （86）

4.1 PID控制的特點 （86）

4.2 比例控制（P控制） （87）

4.2.1 比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶 （87）

4.2.2 比例控制的特點 （88）

4.2.3 比例帶對控制過程的影響 （90）

4.3 比例積分控制（PI控制） （92）

4.3.1 積分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 （92）

4.3.2 比例積分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 （94）

4.3.3 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施 （95）

4.4 比例積分微分控制（PID控制） （97）

4.4.1 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 （97）

4.4.2 比例微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 （97）

4.4.3 比例微分控制的特點 （98）

4.4.4 比例積分微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 （99）

4.5 數(shù)字PID控制 （100）

4.5.1 基本的數(shù)字PID控制算法 （101）

4.5.2 改進(jìn)的數(shù)字PID控制算法 （102）

4.6 利用MATLAB實現(xiàn)PID控制規(guī)律 （104）

本章小結(jié) （108）

習(xí)題 （109）

第5章 簡單控制系統(tǒng) （110）

5.1 簡單控制系統(tǒng)的分析 （110）

5.1.1 控制系統(tǒng)的工作過程 （110）

5.1.2 簡單控制系統(tǒng)的組成 （111）

5.1.3 簡單離散控制系統(tǒng)的組成 （113）

5.2 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計 （114）

5.2.1 被控變量和操作變量的選擇 （114）

5.2.2 檢測變送儀表的選擇 （117）

5.2.3 控制器的選型 （119）

5.3 簡單控制系統(tǒng)的整定 （123）

5.3.1 控制器參數(shù)整定的基本要求 （124）

5.3.2 PID控制器參數(shù)的工程整定 （125）

5.3.3 PID控制器參數(shù)的自整定 （133）

5.4 簡單控制系統(tǒng)的投運(yùn) （135）

5.5 簡單控制系統(tǒng)的故障與處理 （137）

5.6 利用MATLAB對簡單控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真 （139）

5.6.1 利用MATLAB對PID控制器參數(shù)進(jìn)行整定 （139）

5.6.2 利用Simulink對PID控制器參數(shù)進(jìn)行自整定 （142）

本章小結(jié) （146）

習(xí)題 （146）

第6章 串級控制系統(tǒng) （148）

6.1 串級控制系統(tǒng)的基本概念 （148）

6.1.1 串級控制的提出 （148）

6.1.2 串級控制系統(tǒng)的組成 （151）

6.1.3 串級控制系統(tǒng)的工作過程 （151）

6.2 串級控制系統(tǒng)的分析 （153）

6.2.1 增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力 （153）

6.2.2 改善對象的動態(tài)特性 （155）

6.2.3 對負(fù)荷變化有一定的自適應(yīng)能力 （157）

6.3 串級控制系統(tǒng)的設(shè)計 （157）

6.3.1 副回路的選擇 （158）

6.3.2 主、副回路工作頻率的選擇 （159）

6.3.3 主、副控制器的選型 （162）

6.4 串級控制系統(tǒng)的整定 （164）

6.4.1 逐步逼近法 （165）

6.4.2 兩步整定法 （165）

6.4.3 一步整定法 （166）

6.5 串級控制系統(tǒng)的投運(yùn) （167）

6.6 利用MATLAB對串級控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真 （167）

本章小結(jié) （173）

習(xí)題 （173）

第7章 補(bǔ)償控制系統(tǒng) （174）

7.1 補(bǔ)償控制的原理 （174）

7.2 前饋控制系統(tǒng) （175）

7.2.1 前饋控制的概念 （175）

7.2.2 前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （176）

7.2.3 前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計 （182）

7.2.4 前饋控制系統(tǒng)的整定 （186）

7.3 大遲延控制系統(tǒng) （189）

7.3.1 大遲延系統(tǒng)的概述 （189）

7.3.2 大遲延控制系統(tǒng)的設(shè)計 （189）

7.4 利用MATLAB對補(bǔ)償控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真 （194）

本章小結(jié) （197）

習(xí)題 （198）

第8章 特殊控制系統(tǒng) （199）

8.1 比值控制系統(tǒng) （199）

8.1.1 比值控制的概念 （199）

8.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型 （200）

8.1.3 比值控制系統(tǒng)的設(shè)計 （204）

8.1.4 控制器的選型和整定 （211）

8.2 均勻控制系統(tǒng) （213）

8.2.1 均勻控制的概念 （213）

8.2.2 均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計 （214）

8.2.3 均勻控制系統(tǒng)的整定 （217）

8.3 分程控制系統(tǒng) （218）

8.3.1 分程控制的概念 （218）

8.3.2 分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用 （219）

8.3.3 分程控制系統(tǒng)的實施 （222）

8.4 自動選擇性控制系統(tǒng) （225）

8.4.1 自動選擇性控制的概念 （225）

8.4.2 自動選擇性控制系統(tǒng)的類型 （225）

8.4.3 控制器的選型和整定 （228）

8.5 順序控制系統(tǒng) （230）

8.5.1 順序控制的概念 （230）

8.5.2 順序控制組成 （230）

8.3.3 順序控制的表示及設(shè)計方法 （231）

8.6 利用MATLAB對特殊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真 （234）

本章小結(jié) （238）

習(xí)題 （238）

第9章 解耦控制系統(tǒng) （240）

9.1 解耦控制的基本概念 （240）

9.1.1 控制回路間的耦合 （240）

9.1.2 被控對象的典型耦合結(jié)構(gòu) （241）

9.2 解耦控制系統(tǒng)的分析 （242）

9.2.1 耦合程度的分析 （242）

9.2.2 相對增益分析法 （243）

9.2.3 減少及消除耦合的方法 （249）

9.3 解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計 （251）

9.3.1 前饋補(bǔ)償解耦法 （251）

9.3.2 反饋解耦法 （254）

9.3.3 對角陣解耦法 （255）

9.3.4 單位陣解耦法 （256）

9.4 解耦控制系統(tǒng)的實施 （257）

9.4.1 解耦控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 （257）

9.4.2 多變量控制系統(tǒng)的部分解耦 （258）

9.4.3 解耦控制系統(tǒng)的簡化 （258）

9.5 利用MATLAB對解耦控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真 （259）

本章小結(jié) （263）

習(xí)題 （264）

第10章 計算機(jī)過程控制系統(tǒng) （266）

10.1 計算機(jī)過程控制系統(tǒng)簡介 （266）

10.2 計算機(jī)過程控制系統(tǒng)的組成 （267）

10.3 計算機(jī)過程控制系統(tǒng)的類型 （268）

10.4 先進(jìn)過程控制方法 （273）

本章小結(jié) （277）

習(xí)題 （277）

第11章 電廠鍋爐設(shè)備的控制 （278）

11.1 火力發(fā)電廠工藝流程 （278）

11.2 鍋爐給水控制系統(tǒng) （279）

11.2.1 概述 （279）

11.2.2 給水系統(tǒng)的主被調(diào)參數(shù)、調(diào)節(jié)參數(shù)及控制方式 （280）

11.2.3 給水系統(tǒng)的對象特性 （281）

11.2.4 給水系統(tǒng)的控制方案 （283）

11.3 鍋爐主蒸汽溫度控制 （285）

11.3.1 概述 （285）

11.3.2 氣溫控制的被調(diào)參數(shù)和調(diào)節(jié)參數(shù)及對象特性 （285）

11.3.3 過熱汽溫控制基本方案 （287）

11.4 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) （290）

11.4.1 燃燒控制的任務(wù) （290）

11.4.2 燃燒系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)及控制參數(shù) （291）

11.4.3 燃燒系統(tǒng)對象的動態(tài)特性 （291）

11.4.4 燃燒系統(tǒng)的控制方案 （293）

附錄A 儀表位號 （297）

參考文獻(xiàn) （299）2100433B