過程控制工程

前言

第一篇 過程模型
第1章 引言
1.1了解要控制的對象——工藝流程
1.2控制系統(tǒng)的組成
1.3與控制緊密相關(guān)的操作——性能評估和過程監(jiān)視
1.4過程控制教育
第2章 典型過程的特征與模型描述
2.1液位系統(tǒng)
2.1.1單容液位對象
2.1.2雙容液位對象
2.1.3三容液位對象
2.2反應(yīng)器系統(tǒng)
2.3電機系統(tǒng)
2.4TE過程
2.4.1概述
2.4.2TE過程描述
2.4.3TE過程機理建模
思考題與習(xí)題
第3章 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的過程建模
3.1引言
3.2線性回歸
3.3非線性回歸
3.4軟測量模型
3.4.1明確任務(wù)
3.4.2輔助變量的選擇
3.4.3過程數(shù)據(jù)的處理及訓(xùn)練樣本的確定
3.4.4軟測量模型的建立
3.4.5軟測量模型的在線校正
3.5主成分分析
3.5.1數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理
3.5.2主成分分析的基本原理
3.6偏最小二乘
思考題與習(xí)題

第二篇 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與算法
第4章 單回路控制
4.1概述
4.2傳感器和變送器
4.2.1儀表信號的標(biāo)準(zhǔn)化
4.2.2傳感器
4.2.3變送器
4.3執(zhí)行裝置
4.3.1控制閥
4.3.2閥位定位器
4.3.3特制尺寸的控制閥
4.3.4控制閥的口徑選擇
4.4儀表準(zhǔn)確度
4.5基本控制規(guī)律
4.5.1比例控制
4.5.2積分控制
4.5.3比例積分控制
4.5.4比例微分控制
4.5.5比例積分微分控制
4.5.6雙位控制
4.5.7數(shù)字PID控制器
4.6過程控制系統(tǒng)設(shè)計
4.6.1概述
4.6.2被控參數(shù)、控制參數(shù)的選擇
4.6.3確定控制方案及控制算法
4.6.4過程控制系統(tǒng)的硬件選擇
4.7過程的安全性
思考題與習(xí)題
第5章 擴展的單回路控制策略
5.1串級控制
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)分析
5.1.3串級控制系統(tǒng)設(shè)計
5.1.4串級控制系統(tǒng)投運及參數(shù)整定
5.2時延補償
5.3推斷控制
5.4自適應(yīng)控制系統(tǒng)
思考題與習(xí)題
第6章 前饋和比值控制
6.1前饋控制系統(tǒng)
6.1.1前饋控制的基本原理
6.1.2前饋控制系統(tǒng)的幾種主要結(jié)構(gòu)形式
6.1.3前饋?反饋控制系統(tǒng)
6.1.4前饋?串級控制系統(tǒng)
6.1.5前饋控制規(guī)律的實施
6.1.6前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用
6.1.7前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定
6.2比值控制概述
6.2.1開環(huán)比值控制系統(tǒng)
6.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)
6.2.3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)
6.2.4其他類型的比值控制系統(tǒng)
6.2.5比值系數(shù)的計算
6.2.6比值控制方案的實施
思考題與習(xí)題
第7章 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
7.1操作變量的選擇
7.1.1控制自由度
7.1.2根據(jù)工藝流程圖計算控制自由度
7.1.3計算實例
7.2受控變量的選擇
7.2.1自尋優(yōu)原理
7.2.2基于自尋優(yōu)原理選擇被控變量的計算方法
7.3受控變量和操作變量配對的方法
7.3.1相對增益法
7.3.2Niederlinski指數(shù)計算
思考題與習(xí)題
第8章 面向全流程的控制系統(tǒng)設(shè)計方法
8.1自動化系統(tǒng)架構(gòu)
8.2控制結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)及方法
8.2.1Luyben建議的全流程控制設(shè)計方法
8.2.2集成仿真與啟發(fā)式規(guī)則的全流程控制設(shè)計方法
8.3Skogestad 提出的全流程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
8.3.1用于操作的自由度
8.3.2全流程控制系統(tǒng)設(shè)計方法
思考題與習(xí)題
第9章 基于模型的預(yù)測控制
9.1概述
9.2模型預(yù)測控制的基本原理
9.3動態(tài)矩陣控制
9.4商品化的預(yù)測控制軟件
9.4.1RMPCT概述及主要功能
9.4.2RMPCT的相關(guān)參數(shù)
9.4.3RMPCT的基本組成
9.4.4RMPCT的關(guān)鍵技術(shù)
9.4.5RMPCT的主要應(yīng)用領(lǐng)域
思考題與習(xí)題

第三篇 控制系統(tǒng)應(yīng)用
第10章 流體輸送設(shè)備的控制
10.1概述
10.2泵及壓縮機的控制方案
10.2.1離心泵
10.2.2容積泵
10.2.3壓縮機的控制
10.3離心式壓縮機的防喘振控制
10.3.1喘振現(xiàn)象及原因
10.3.2防喘振控制系統(tǒng)
10.4壓縮機的串并聯(lián)運行及其控制
思考題與習(xí)題
第11章 傳熱設(shè)備的控制
11.1概述
11.1.1傳熱設(shè)備分類
11.1.2傳熱設(shè)備的靜態(tài)特性
11.1.3傳熱設(shè)備的動態(tài)特性
11.2一般傳熱設(shè)備的控制
11.2.1載熱流體流量控制
11.2.2載熱流體汽化溫度控制
11.2.3工藝介質(zhì)分路控制
11.2.4傳熱面積控制
11.3加熱爐的控制
11.3.1加熱爐的簡單控制
11.3.2加熱爐的串級控制
11.3.3加熱爐的安全聯(lián)鎖保護
11.4鍋爐的控制
11.4.1鍋爐鍋筒水位控制
11.4.2鍋爐燃燒過程控制
11.4.3蒸汽過熱系統(tǒng)控制
11.5仿真實例
思考題與習(xí)題
第12章 精餾塔的控制
12.1概述
12.1.1精餾塔的控制要求
12.1.2精餾塔的擾動分析
12.2精餾塔的靜態(tài)特性
12.2.1總物料平衡
12.2.2能量平衡
12.2.3擾動對靜態(tài)的影響
12.3精餾塔的動態(tài)特性
12.3.1動態(tài)平衡方程
12.3.2單一塔板的動態(tài)特性
12.3.3精餾塔的受控變量的選擇
12.4精餾塔的基本控制方案
12.4.1按精餾段指標(biāo)控制
12.4.2按提餾段指標(biāo)控制
12.4.3精餾塔壓力控制
12.5二元精餾塔仿真實例
思考題與習(xí)題
第13章 化學(xué)反應(yīng)器的控制
13.1化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)器
13.1.1化學(xué)反應(yīng)特征
13.1.2化學(xué)反應(yīng)器分類
13.1.3化學(xué)反應(yīng)器的控制要求
13.2化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律
13.2.1反應(yīng)速度方程
13.2.2均相反應(yīng)動力學(xué)方程
13.2.3反應(yīng)速度常數(shù)與溫度的關(guān)系
13.2.4化學(xué)平衡
13.3化學(xué)反應(yīng)器動態(tài)數(shù)學(xué)模型
13.3.1單一不可逆反應(yīng)
13.3.2反應(yīng)器?汽提塔
13.3.3含兩種反應(yīng)物的反應(yīng)器?精餾塔
13.4化學(xué)反應(yīng)器的常規(guī)控制
13.4.1單回路控制
13.4.2串級控制
13.4.3前饋控制
13.4.4分程控制
13.4.5分段控制
13.5反應(yīng)器控制方案的應(yīng)用
13.5.1反應(yīng)器?精餾塔控制
13.5.2聚合釜內(nèi)溫控制
13.5.3聚合釜溫度?壓力串級控制
13.6仿真實例
思考題與習(xí)題
第14章 實時優(yōu)化控制
14.1概述
14.2實時優(yōu)化實現(xiàn)流程
14.3實時優(yōu)化問題描述與求解
14.4線性規(guī)劃
14.4.1線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式
14.4.2線性規(guī)劃問題的求解方法
14.5非線性規(guī)劃
14.5.1非線性規(guī)劃問題描述
14.5.2非線性規(guī)劃問題MATLAB解法
14.5.3二次規(guī)劃
思考題與習(xí)題
第15章 間歇過程控制
15.1間歇過程控制簡介
15.1.1間歇過程的定義
15.1.2間歇過程的特點
15.1.3間歇過程控制的研究現(xiàn)狀
15.2順序邏輯控制
15.2.1引言
15.2.2順序控制技術(shù)的現(xiàn)狀及進展
15.3批次對批次控制
15.3.1批次對批次控制簡介
15.3.2典型的Run?to?Run過程舉例
15.3.3常見的幾種Run?to?Run控制器
15.3.4廠級控制
15.4指數(shù)加權(quán)移動平均控制器
15.4.1指數(shù)加權(quán)移動平均控制器介紹
15.4.2多入多出過程的雙指數(shù)加權(quán)移動平均控制器
15.4.3多變量指數(shù)加權(quán)移動平均控制器的穩(wěn)定性分析

附錄
附錄A Laplace變換
A.1 典型函數(shù)的Laplace變換
A.2 Laplace變換的性質(zhì)與定理
A.3 微分方程的Laplace變換解法
A.3.1 部分分式展開法
A.3.2 解微分方程的一般步驟
附錄B 常微分方程求解
B.1 數(shù)值積分法
B.2 常用方法
B.2.1 數(shù)值積分算法計算過程
B.2.2 積分步長的選擇
B.2.3 MATLAB的數(shù)值積分求解
方法
參考文獻