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過程控制的術語與目標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過程控制的任務和要求13
思考題與習題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
思考題與習題245

3反饋控制48
3.1控制系統(tǒng)的性能指標48
3.1.1以階躍響應曲線的特征參數(shù)作為性能指標48
3.1.2偏差積分性能指標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)的結構形式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用于設備軟保護的選擇性控制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)結構140
6.4.3JX-300X系統(tǒng)軟件144
思考題與習題6146

7多回路控制系統(tǒng)分析與設計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
思考題與習題7165

8基于模型的控制方法167
8.1史密斯預估控制167
8.1.1史密斯補償原理167
8.1.2史密斯預估器的幾種改進方案170
8.2內?？刂?71
8.2.1內?？刂葡到y(tǒng)的結構與性質171
8.2.2內?？刂破鞯脑O計方法172
8.2.3改進型內模控制系統(tǒng)173
8.3模型預測控制176
8.3.1模型預測控制的基本原理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預測控制軟件包簡介183
8.4應用示范186
8.4.1Wood-Berry塔的預測控制仿真186
8.4.2工業(yè)應用實例187
思考題與習題8191

9過程控制系統(tǒng)方案設計192
9.1概論192
9.2連續(xù)放熱反應釜的控制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
思考題與習題9206

10傳熱設備的控制211
10.1傳熱設備的靜態(tài)與動態(tài)特性211
10.1.1熱量傳遞的三種方式211
10.1.2換熱設備的結構類型213
10.1.3換熱設備的靜態(tài)特性213
10.1.4換熱設備的動態(tài)特性215
10.2換熱設備的控制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
思考題與習題10235

11精餾塔的控制238
11.1精餾塔的控制目標238
11.1.1質量指標238
11.1.2產品產量和能量消耗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精餾塔質量指標的選取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精餾段質量指標控制255
11.4.3提餾段質量指標控制261
11.4.4兩端質量指標控制263
11.5精餾塔的先進控制方案267
11.5.1內回流控制267
11.5.2產品質量的軟測量與推斷控制268
11.5.3精餾塔的節(jié)能控制270
思考題與習題11272

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

參考文獻298