過程控制工程（第四版）

1過程控制概論1
1.1控制系統(tǒng)的組成與目標(biāo)1
1.1.1控制系統(tǒng)的由來1
1.1.2控制系統(tǒng)的組成3
1.1.3過程控制的術(shù)語與目標(biāo)4
1.2控制儀表與控制裝置5
1.2.1單元組合控制儀表5
1.2.2計算機控制裝置6
1.3過程控制策略9
1.3.1反饋控制9
1.3.2前饋控制11
1.4反饋控制系統(tǒng)的分類12
1.5過程控制的任務(wù)和要求13
思考題與習(xí)題116

2過程動態(tài)特性17
2.1典型工業(yè)過程的動態(tài)特性17
2.1.1自衡過程17
2.1.2非自衡過程19
2.2機理建模方法21
2.2.1機理建模的步驟21
2.2.2常用的方程21
2.2.3機理建模舉例26
2.3測量變送環(huán)節(jié)31
2.3.1關(guān)于測量誤差31
2.3.2測量信號的處理32
2.4控制閥32
2.4.1控制閥概述32
2.4.2流量特性和閥門增益33
2.4.3流量特性的選擇36
2.5廣義對象及經(jīng)驗建模方法38
2.5.1廣義對象的概念38
2.5.2經(jīng)驗建模的步驟39
2.5.3廣義對象的測試法建模39
思考題與習(xí)題245

3反饋控制48
3.1控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)48
3.1.1以階躍響應(yīng)曲線的特征參數(shù)作為性能指標(biāo)48
3.1.2偏差積分性能指標(biāo)50
3.2三種常規(guī)的反饋控制模式51
3.2.1比例控制51
3.2.2比例積分控制52
3.2.3比例積分微分控制55
3.3PID控制器的選取與整定56
3.3.1控制器的選型56
3.3.2PID參數(shù)整定57
3.3.3PID參數(shù)自整定60
3.4單回路反饋控制系統(tǒng)的投運64
思考題與習(xí)題364

4前饋控制和比值控制65
4.1前饋控制系統(tǒng)65
4.1.1前饋控制的基本原理65
4.1.2前饋控制系統(tǒng)的特點67
4.2前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式67
4.2.1靜態(tài)前饋67
4.2.2動態(tài)前饋68
4.2.3前饋反饋控制69
4.2.4多變量前饋控制70
4.2.5用計算機實施前饋控制72
4.3比值控制系統(tǒng)73
4.3.1定比值控制74
4.3.2變比值控制76
4.3.3比值控制的實施77
4.3.4比值控制系統(tǒng)的設(shè)計與投運80
4.3.5比值控制系統(tǒng)中的若干問題81
思考題與習(xí)題483

5其他典型控制系統(tǒng)85
5.1串級控制系統(tǒng)85
5.1.1串級控制的概念及方框圖描述85
5.1.2串級控制系統(tǒng)分析86
5.1.3串級控制系統(tǒng)設(shè)計87
5.1.4串級控制系統(tǒng)舉例90
5.2均勻控制96
5.2.1均勻控制的由來96
5.2.2均勻控制的實現(xiàn)97
5.2.3均勻控制的控制器參數(shù)整定99
5.3選擇性控制系統(tǒng)99
5.3.1用于設(shè)備軟保護(hù)的選擇性控制99
5.3.2其他選擇性控制系統(tǒng)101
5.4分程控制系統(tǒng)和閥位控制系統(tǒng)103
5.4.1分程控制系統(tǒng)103
5.4.2閥位控制系統(tǒng)107
5.5非線性過程增益補償108
5.5.1非線性過程的特點108
5.5.2非線性增益補償方法111
5.5.3pH中和過程控制116
思考題與習(xí)題5122

6計算機控制系統(tǒng)125
6.1計算機控制系統(tǒng)概述125
6.2信號采集與處理127
6.2.1信號采集與變換127
6.2.2信號處理與數(shù)據(jù)濾波130
6.3數(shù)字PID控制算法133
6.3.1數(shù)字PID控制算式133
6.3.2數(shù)字PID改進(jìn)算式134
6.3.3數(shù)字PID控制的實現(xiàn)137
6.4數(shù)字控制系統(tǒng)舉例139
6.4.1DCS（Distributed Control System）概念139
6.4.2JX-300X系統(tǒng)結(jié)構(gòu)140
6.4.3JX-300X系統(tǒng)軟件144
思考題與習(xí)題6146

7多回路控制系統(tǒng)分析與設(shè)計147
7.1相對增益147
7.1.1相對增益的概念148
7.1.2相對增益矩陣的計算149
7.2耦合系統(tǒng)的變量配對與控制參數(shù)整定151
7.2.1耦合系統(tǒng)的變量配對151
7.2.2耦合多回路系統(tǒng)的控制參數(shù)整定153
7.3多回路系統(tǒng)的解耦設(shè)計157
7.3.1基于方塊圖的線性解耦器158
7.3.2基于過程機理的非線性解耦器163
思考題與習(xí)題7165

8基于模型的控制方法167
8.1史密斯預(yù)估控制167
8.1.1史密斯補償原理167
8.1.2史密斯預(yù)估器的幾種改進(jìn)方案170
8.2內(nèi)?？刂?71
8.2.1內(nèi)模控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)171
8.2.2內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計方法172
8.2.3改進(jìn)型內(nèi)模控制系統(tǒng)173
8.3模型預(yù)測控制176
8.3.1模型預(yù)測控制的基本原理177
8.3.2SISO無約束動態(tài)矩陣控制178
8.3.3MIMO受約束動態(tài)矩陣控制181
8.3.4預(yù)測控制軟件包簡介183
8.4應(yīng)用示范186
8.4.1Wood-Berry塔的預(yù)測控制仿真186
8.4.2工業(yè)應(yīng)用實例187
思考題與習(xí)題8191

9過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計192
9.1概論192
9.2連續(xù)放熱反應(yīng)釜的控制193
9.3處理廢水的氯化消毒處理198
9.4烴類廢氣收集罐的壓力控制201
思考題與習(xí)題9206

10傳熱設(shè)備的控制211
10.1傳熱設(shè)備的靜態(tài)與動態(tài)特性211
10.1.1熱量傳遞的三種方式211
10.1.2換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型213
10.1.3換熱設(shè)備的靜態(tài)特性213
10.1.4換熱設(shè)備的動態(tài)特性215
10.2換熱設(shè)備的控制217
10.2.1換熱器的控制217
10.2.2蒸汽加熱器的控制218
10.2.3冷凝冷卻器的控制219
10.3加熱爐的控制220
10.3.1加熱爐的單回路控制方案221
10.3.2加熱爐的串級控制方案222
10.4鍋爐設(shè)備的控制225
10.4.1汽包水位的控制227
10.4.2燃燒系統(tǒng)的控制232
10.4.3蒸汽過熱系統(tǒng)的控制235
思考題與習(xí)題10235

11精餾塔的控制238
11.1精餾塔的控制目標(biāo)238
11.1.1質(zhì)量指標(biāo)238
11.1.2產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗239
11.2精餾塔的靜態(tài)特性和動態(tài)特性240
11.2.1精餾塔的靜態(tài)特性240
11.2.2精餾塔的動態(tài)模型242
11.3精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選取247
11.3.1靈敏板的溫度控制247
11.3.2溫差控制248
11.3.3雙溫差控制248
11.4精餾塔的常用控制方案249
11.4.1物料平衡控制251
11.4.2精餾段質(zhì)量指標(biāo)控制255
11.4.3提餾段質(zhì)量指標(biāo)控制261
11.4.4兩端質(zhì)量指標(biāo)控制263
11.5精餾塔的先進(jìn)控制方案267
11.5.1內(nèi)回流控制267
11.5.2產(chǎn)品質(zhì)量的軟測量與推斷控制268
11.5.3精餾塔的節(jié)能控制270
思考題與習(xí)題11272

12化學(xué)反應(yīng)過程控制274
12.1化學(xué)反應(yīng)過程概述274
12.1.1化學(xué)反應(yīng)器的類型274
12.1.2化學(xué)反應(yīng)的基本規(guī)律276
12.2化學(xué)反應(yīng)器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型279
12.2.1基本動態(tài)方程式279
12.2.2反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性280
12.3反應(yīng)器的基本控制方案282
12.3.1概述282
12.3.2反應(yīng)器的溫度控制283
12.3.3外圍條件的穩(wěn)定控制286
12.4典型反應(yīng)器的控制方案設(shè)計288
12.4.1聚合反應(yīng)釜的控制288
12.4.2合成氨過程的控制291
思考題與習(xí)題12297

參考文獻(xiàn)298