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目 录 1

第一篇过程控制原理和方法 1

第一章经典控制理论 1

第一节概述 1

一、自动控制系统的组成 1

二、自动控制系统的分类 3

第二节动态特性的数学描述 4

一、微分方程描述 4

二、拉氏变换、传递函数 5

第一节过程控制工程设计概述 101 6

三、频率特性 9

四、单位阶跃响应 11

第三节 方块图和信号流图 18

一、方块图 18

二、方块图变换 20

三、信号流图 20

四、梅逊公式 22

第四节控制系统的离散模型 24

一、离散系统的特点 24

二、z变换和脉冲传递函数 26

二、特征根和稳定性关系 30

一、稳定性的定义 30

三、差分方程 30

第五节系统的稳定性分析 30

三、劳斯稳定判据 31

四、奈魁斯特稳定判据 33

六、稳定裕度 35

五、奈魁斯特判据在对数频率特性图中的应用 35

第六节控制系统的闭环响应 37

一、性能指标 37

二、特征根和性能指标关系 38

三、频域性能指标 38

四、工业调节器的参数整定 39

第一节 概论 42

一、系统 42

二、数学模型 42

第二章现代控制理论基础 42

三、系统的分类 43

四、现代控制理论 43

第二节线性控制系统基本知识 44

一、线性系统 44

二、能控性与能观性 44

三、标准型 47

四、最小实现 48

五、稳定性的李雅普诺夫判别准则 50

六、极点配置 51

七、观测器的设计 53

九、调节器的设计 54

八、动态补偿器的设计 54

十、鲁棒调节器 56

十一、解耦器的设计 57

第三章最优化与最优控制 59

第一节最优化问题 59

二、线性规划问题的标准型 60

三、基本概念和定理 60

一、线性规划问题的一般形式 60

第二节线性规划 60

四、问题的标准化 61

五、单纯形法 61

六、大M法 62

第三节非线性规划 62

一、基本理论 62

二、一维搜索 64

三、无约束极值问题的解法 66

四、有约束极值问题的解法 68

第四节 动态规划（离散系统） 70

一、最优性原理与基本方程 70

二、动态规划方法 71

三、线性二次型最优控制问题 72

第五节大规模离散系统的递阶算法 72

一、可分离问题的算法 72

二、目标协调法（不可行分解法） 73

三、模型协调法（可行分解法） 74

第六节最优控制问题 75

二、Euler方程 76

一、基本概念 76

第七节变分法 76

三、边界条件 77

四、多元泛函的极值问题 77

五、有约束的泛函极值问题 78

第八节最大值原理 78

一、最大值原理 79

二、说明和补充 79

第九节线性二次型最优控制问题 80

三、具有指定稳定度的最优调节 81

附录2-4-1b 镍铬－镍硅（镍铬－镍铝）热电偶分度表（GB2614— 81

二、定常系统，t=+∞的情形 81

一、给定t？＜+∞的情形 81

第十节最优控制的数值计算 82

一、梯度法 82

二、共轭梯度法 82

二、Davison法 83

三、有约束条件的情形 83

第十一节Riccati代数方程的数值解法 83

一、微分方程法 83

四、Lyapunov方程解法 84

三、Newton迭代法 84

第十二节动态规划（连续系统） 85

第十三节大规模连续系统的递阶算法 85

一、目标协调法 86

二、关联预估法 87

第四章 工业过程的数学模型机理建模及模型降阶 88

第一节概述 88

一、数学模型基本概念 88

二、数学模型的分类 88

三、数学模型的作用 89

第二节数学模型的等价转换 89

四、建立数学模型的方法 89

一、微分方程模型转化为状态空间模型 90

二、状态空间模型转化为离散化状态空间模型 91

三、由离散状态空间模型转化为脉冲传递函数模型 92

四、由状态空间模型转化为传递函数模型 92

五、由离散状态空间模型转化为差分方程模型 92

第三节机理建模 92

一、物料平衡 93

二、能量平衡 94

三、熵及其他平衡 97

四、简化机理模型方法 97

二、时域降阶法 100

一、高阶模型低阶逼近的基本概念 100

第四节数学模型降阶 100

三、频域降阶法 107

第五章数学模型的辨识 113

一、m序列的产生及其性质 113

第一节系统辨识的定义 113

第二节测试信号 113

二、逆重复m序列及其性质 115

第三节线性系统的传递函数 116

一、传递函数的定义 116

二、传递函数阵 116

第四节脉冲响应函数 117

一、脉冲响应函数的定义 117

二、脉冲响应函数的辨识 117

第五节由脉冲响应函数求系统的频率特性（响应） 119

一、脉冲响应函数与频率特性之间的关系 119

二、求频率特性的算法 120

第六节 由频率特性求传递函数 121

二、参数估计方法 121

一、由频率特性求传递函数的基本步骤 121

一、一元线性回归模型的辨识 123

第七节线性稳态（静态）模型的辨识 123

二、多元线性回归模型的辨识 124

第八节线性动态系统差分方程模型的辨识 130

一、线性定常系统的参数辨识 130

二、线性时变系统参数估计的适应算法 132

三、残差序列相关时的参数估计方法 133

第九节单变量线性系统阶的辨识 138

一、目标函数直接检验法 138

二、F－检验法 139

三、AIC准则 139

四、阶的递推辨识算法 140

一、两步辨识法 141

第十节闭环系统的参数辨识 141

二、更换调节器法 142

三、最小二乘法 142

一、非线性模型的参数估计 143

第十一节非线性系统的辨识 143

二、结构未知的非线性系统辨识 146

参考文献 149

第二篇过程检测仪表 151

第一章过程检测的基本概念 151

第一节检测仪表及系统 151

第二节检测仪表的基本性能 152

第三节误差 155

一、误差分类 155

二、误差分析和处理 155

第四节计量标准传递 160

一、温度计量标准的传递 160

三、系统精度 160

二、压力计量标准的传递 162

三、质量计量标准的传递 165

第五节仪表的抗干扰问题 165

一、干扰的产生 166

二、抗干扰措施 168

第六节防爆问题 171

一、防爆仪表的品种和防爆系统 172

二、安全火花型防爆仪表的使用环境温度 172

三、仪表的防爆等级标志 173

第二章压力检测 174

第一节应用与选择 174

第二节辅助设备 174

一、液柱式压力计 176

第三节常用压力计 176

二、弹性压力计 181

三、活塞式压力计 182

四、浮球式压力计 183

第四节电气式压力计 184

一、霍尔片式远传压力计 184

二、应变式远传压力计 185

三、电容式远传压力计 187

第五节热电真空计 188

第六节压力传感器 190

一、电阻式压力传感器 191

二、电感式压力传感器 192

三、压磁式压力传感器 193

四、压电式压力传感器 194

五、压阻式压力传感器 194

六、谐振式压力传感器 195

七、光导纤维压力传感器 197

第一节应用及选择 198

一、物位测量的意义和应用 198

二、物位测量的基本要求 198

三、物位仪表的选择 198

四、物位仪表性能比较 198

第三章物位检测 198

五、使用方法及安装 200

一、恒浮力式液位计 201

第二节浮力式液位计 201

二、变浮力式液位计 202

三、浮力式液位计的特点及使用时应注意的问题 202

四、主要技术性能 203

第三节静压式液位计 203

一、压力式液位计 203

二、差压式液位计 204

一、工作原理 205

第四节电容式物位计 205

三、静压式液位计的特点 205

二、测量电路 206

三、应用实例——晶体管料位指示仪 207

四、电容物位计性能比较 208

第五节超声波物位计 209

一、工作原理及性能 209

二、主要技术性能 210

三、超声波物位计的特点及注意问题 210

第六节放射性物位计 211

一、工作原理 211

二、测量物位的方法 211

一、电阻式料位计 212

四、安装使用时应注意的问题 212

三、放射性物位计的特点 212

第七节固体料位计 212

二、回转翼轮式料位讯号器 213

三、重锤探测式料位计 214

五、吊锥式料位讯号器 215

第八节料位探测器 215

一、原理及特点 215

四、吊篮式物位计 215

二、测量电路 217

三、安装要求 218

四、使用时应注意事项 218

一、涡流式连铸结晶器液面计 219

第九节特殊介质物位计 219

二、低沸点液位计 220

三、光纤液面计 221

第四章温度检测 223

第一节概述 223

一、温度与温标 223

二、温度检测仪表的分类 224

第二节双金属温度计 225

第三节玻璃温度计 226

第四节热电偶 227

一、工作原理 227

三、国内常用热电偶种类 228

二、中间导体定则和中间温度定则 228

四、热电偶的结构类型 229

五、热电偶冷端温度的补偿 232

六、热电偶的实用测温线路 234

第五节热电阻 235

一、原理及材料 235

二、热电阻的温度特性 235

三、常用热电阻的技术性能 236

四、热电阻的结构类型 236

五、热电阻温度计的组成 238

第六节热敏电阻 238

第七节热辐射测温基本知识 239

一、热辐射 239

二、辐射基本定律 239

三、发射率与实际物体的辐射特性 240

四、热辐射测温方法及其仪表特点 240

第八节光学高温计 242

第九节辐射温度计 243

第十节红外辐射温度计 245

第十一节光电温度计 248

第十二节比色温度计 249

第十三节适用于特殊条件下温度检测的仪表和方法 252

一、光导纤维温度计 252

二、热象仪 254

三、其他测温方法 255

第五章流量检测 258

一、流量检测的特点 258

第一节流量检测的特点及应用选择 258

二、流量检测方法的分类 259

三、流量检测方法及仪表的性能比较 259

四、流量检测仪表的选用 260

第二节节流元件 263

一、检测原理 263

二、节流元件的型式和结构 264

三、非标准节流元件和特殊差压流量的测量装置 265

五、节流元件、连接管路及差压计的安装 268

四、差压计和差压变送器 268

第三节容积式流量计 271

一、工作原理 271

二、椭圆齿轮流量计 271

三、腰轮流量计 272

四、刮板式流量计 272

五、旋转活塞式流量计 273

六、湿式气体流量计 274

七、其他型式的容积式流量计 274

八、容积式流量计的选择与安装 275

第四节涡轮流量计 275

一、变送器的结构及原理 276

二、流量指示积算仪工作原理 276

第五节转子流量计 277

一、测量原理 277

三、涡轮流量计的安装 277

三、转子流量计的使用特点 278

二、转子流量计的种类及结构 278

第六节电磁流量计 279

一、电磁流量计的基本原理 279

二、转换器的构成原理 280

三、电磁流量计的选用 281

四、电磁流量计的安装 282

第七节靶式流量计 282

一、工作原理 283

二、靶式流量计的使用 283

三、靶式流量计的安装 283

第八节热式流量计 284

一、热线风速仪 284

二、托马斯流量计 285

三、边界层流量计 285

第九节 笛形管（阿牛巴）流量计 286

一、测量原理 286

二、笛形管流量计的使用特点 287

三、笛形管流量计的安装要求 287

第十节漩涡流量计 287

一、旋进漩涡流量计 288

第十一节弯管流量计 289

二、涡列流量计 289

一、基本原理 290

第十二节超声波流量计 290

二、时差法、相差法和频差法测量流量 291

三、超声波流量计的安装 292

第十三节质量流量检测 293

一、直接式质量流量计 293

二、推导式质量流量计 295

第十四节堰式、槽式、层流流量计 296

一、堰 296

二、槽 296

三、层流流量计 297

第十五节新型流量计 297

一、互相关流量计 298

二、激光多普勒流速计 298

三、核磁共振流量计 299

四、离子流量计 300

第十六节计量泵 300

一、冲量式流量计 301

第十七节固体流量测量 301

二、电子秤 301

第十八节目视流量指示器 303

二、纹影技术 304

一、X光摄影 304

第十九节混相（多相）流的流量检测 305

一、液固两相流 305

二、气固两相流 306

三、气液两相流 307

第六章成分分析与物性检测 309

第一节应用及选择 309

一、分析对象 309

二、分析仪器性能选择 309

三、自动化程度和使用维护 312

四、其他 312

第二节过程分析仪器的取样及预处理系统 312

一、取样系统的种类及结构 312

二、试样预处理系统 315

一、测量原理 320

第三节热导式分析仪 320

二、测量线路 322

三、热导池结构 323

四、热导式分析仪的应用及使用条件 324

五、热导式分析仪技术条件 325

第四节红外线分析仪 325

一、红外线分析仪测量原理 325

二、红外线分析仪结构 325

三、多组分红外分析仪 327

四、红外线分析仪的应用 327

第五节氧量分析仪 329

一、磁式氧分析仪 329

二、氧化锆分析仪 332

三、极谱式氧分析仪 333

第六节电导式分析仪 334

四、原电池式氧分析仪 334

一、电导式分析仪测量原理 335

二、电导式分析仪的传感器 336

三、电磁浓度计 337

第七节气相色谱仪 338

一、测量原理 339

二、气相色谱仪的组成 339

第八节液相色谱仪 341

第九节质谱仪 341

一、工作原理 341

二、质谱仪的组成 342

三、质谱仪的特点 342

第十节密度检测 342

一、液体密度计 343

二、气体密度计 345

一、测量原理 346

二、参比电极 346

第十一节pH计 346

三、工作电极 347

第十二节浊度计 347

一、测量空气相对湿度的湿度计 348

二、各种浊度计的性能比较 348

第十三节湿度测量 348

一、浊度计的形式 348

二、测量气体露点的湿度计 349

三、测量气体中微量水蒸汽的仪器 350

第十四节ORP检测器 351

一、测量原理 351

二、ORP检测器电极 351

三、ORP控制 351

第十五节热量计 351

一、热量计 351

二、应用 352

第十六节紫外线分析仪 352

一、仪器的结构 352

二、光源 352

第十七节生物检测 353

五、应用 353

四、紫外线检测器 353

三、样品池和取样系统 353

第十八节工业粘度计 354

一、毛细管式粘度计 354

二、落塞式粘度计 354

四、振动式粘度计 355

三、旋转式粘度计 355

五、浮标式粘度计 356

六、粘度计的选用 356

第七章其他检测 357

第一节泄漏检测 357

一、加压法 357

二、气泡释放等一些简易方法 357

三、分析器 357

四、热导泄漏检测器 357

第二节噪声检测 358

一、传声器原理 358

七、质谱仪法 358

六、温度记录法 358

五、声波发射技术 358

二、传声器的应用 359

第三节速度检测元件 360

二、感应式速度传感器 360

一、测速发电机 360

三、磁力型速度传感器 361

四、光电型速度传感器 361

五、气动式速度传感器 361

六、传感器的选择 361

一、接触式厚度测量仪 362

二、非接触式厚度测量仪 362

第四节厚度检测 362

三、应用 363

第五节火焰检测器 363

一、热检测器 364

二、电导式检测器 364

三、辐射式检测器 364

四、各种火焰检测器的比较及应用 365

第六节可燃气体检测 365

一、加热催化燃烧技术 365

二、扩散式可燃气体分析器 366

三、各种测量技术的比较及应用 366

四、库尔特技术 367

第七节颗粒尺寸及其分布的测量 367

一、光学显微镜 367

二、电子显微镜 367

三、图象分析仪 367

五、光电沉降法 368

六、筛分法 368

七、超声波衰减法 368

八、光散射法 368

第八节固体湿度检测 368

一、核湿度计 368

二、电容湿度计 369

三、红外吸收湿度计 370

四、电阻湿度计 370

五、非连续测量方法 371

六、应用 371

第一节概述 372

第二节动圈式显示仪表 372

第八章显示仪表 372

一、组成及工作原理 373

二、测量线路 374

三、改变量程 376

四、动圈仪表型号命名 376

第三节自动平衡式显示仪表 378

一、自动平衡式电子电位差计 378

二、自动平衡电桥 383

三、自动平衡显示仪表的型号命名 387

四、系列、品种 387

五、配套应用 393

第四节色带显示仪表 397

第五节数字显示仪表 397

一、概述 397

二、数字式显示仪表的组成 398

三、模拟－数字转换 399

四、参数信号的标准化及标度变换 404

五、非线性补偿 406

第六节图象显示器 408

一、分类 408

二、数字式图象显示器 409

三、视频式图象显示器 411

四、图象显示器的应用 415

附录 416

附录2-4-1a铂铑10－铂热电偶分度表（GB3772—83标准） 416

标准） 419

附录2-4-1c镍铬－铜镍（康铜）热电偶分度表（GB4993—85标准） 422

附录2-4-1d铂铑30－铂铑6热电偶分度表 424

附录2-4-1e铜－铜镍（康铜）热电偶分度表 425

附录2-4-1f铁－铜镍（康铜）热电偶分度表 425

附录2-4-2a WZP型铂热电阻分度表 426

（ZBY—85） 426

（ZBY028—81） 428

（ZBY028—81） 428

附录2-4-2b2 WZC型铜热电阻分度表 428

附录2-4-2b1 WZC型铜热电阻分度表 428

参考文献 429

第三篇过程控制仪表 431

第一章变送单元 431

第一节概述 431

第二节差压（压力）变送器 432

一、电动差压变送器 432

二、气动差压（压力）变送器 443

第三节温度变送器 451

一、电动温度变送器 451

二、气动温度变送器 469

第四节其他变送器 475

一、气动浮筒式液位变送器 475

二、气动靶式流量变送器 476

三、DELTAP1 K系列电感式变送器 477

一、加减器 501

第二章计算及辅助单元 501

第一节电动计算单元 501

二、乘除器 504

三、开方器 513

第二节气动计算单元 518

一、加减器 518

二、乘除器 524

三、气动比值器 527

四、其他 528

第三节辅助单元 532

一、信号分配器 532

二、操作器 537

三、比率设定器 539

第三章模拟式控制仪表 543

第一节概述 543

第二节基地式电动调节仪表 545

一、XCT型动圈式调节仪表 545

二、TA系列简易式电子调节器 547

一、DDZ-Ⅱ型调节器 554

第三节 电动单元组合式调节器 554

二、DDZ-Ⅲ型调节器 559

第四节气动调节器 566

一、概述 566

二、基地式气动调节器 570

三、单元组合式气动调节器 573

第五节特种调节器 582

一、自动选择调节器 582

二、前馈调节器 583

三、克服大纯滞后的时间分割补偿式调节器 585

第四章单回路调节器 591

第一节概述 591

第二节SSC系列单回路调节器 592

一、KMM可编程单回路调节器 594

二、KMP可编程运算器 609

三、KMS固定程序调节器 614

四、KMK编程器 619

第三节YS-80系列单回路调节器 624

一、SLCD指示调节器 624

二、SLPC可编程调节器 629

三、SPRG编程器 644

第四节FC系列单回路调节器 650

一、概述 650

二、PMK可编程序单回路调节器 651

三、PMA功能固定型单回路调节器 658

四、单回路调节器的应用举例 668

第五节984系列可编程序控制器 670

一、概述 670

二、984系列PLC基本系统配置 673

四、IBM的兼容软件 679

五、使用环境和电源要求 679

三、编辑与支持软件 679

第五章集散控制系统 680

第一节概述 680

第二节TDC-3000集散控制系统 683

一、TDC-3000的系统结构 683

二、TDC-3000基本控制系统 683

三、TDC-3000 LCN局部控制网络系统 694

第三节SPECTRUM集散控制系统 696

一、SPECTRUM集散控制系统的构成 696

二、MICROSPEC单元控制装置 697

三、过程接口单元 703

四、FOXNET通信子系统 705

五、SPECTRUM的主站系统 709

六、其他 714

第四节 CENTUM及YEWPACK MARK 716

Ⅱ集散控制系统 716

一、CENTUM集散控制系统的构成 716

二、YEWPACK MARKⅡ集散控制系 733

统 733

三、通信系统 736

第五节其他集散控制系统 741

一、PROVOX集散控制系统 741

二、NETWORK-90集散控制系统 744

三、TELEPERM M集散控制系统 746

二、程序控制装置的种类 749

第一节概述 749

第六章程序控制装置 749

一、什么是程序控制装置 749

三、可编程序控制器的特点和功能 750

四、可编程序控制器的主要技术性能 751

一、程序控制中的数制 753

第二节程序控制的基本知识 753

二、逻辑代数及其在程控中的应用 755

三、基本逻辑电路 757

第三节简易程序控制器的基本工作原理 761

一、时序式简易程控器 761

二、步进式简易程控器 763

一、矩阵式程序控制器的类型和特点 766

第四节矩阵式程序控制器 766

二、步进型程控器 767

第五节可编程序控制器 775

一、系统结构和工作原理 775

二、可编程序控制器的输入和输出控制 776

三、PC的软件及编程语言 784

四、PC的编程 793

第七章控制辅助装置 799

第一节仪表供气 799

第二节仪表供电 801

第三节工业自动化仪表盘 803

第八章执行器 807

第一节概述 807

第二节调节阀的结构 807

第三节执行机构 808

一、气动薄膜执行机构 808

二、气动活塞执行机构 808

三、长行程执行机构 808

四、∑F倍数增益执行机构（侧装式执行机构） 808

五、电动执行机构 808

六、伺服放大器 809

第四节阀的类型及性能特点 809

一、直通单座阀 809

五、隔膜阀 810

六、球阀 810

四、偏心旋轮阀（凸轮挠曲阀） 810

二、直通双座阀 810

三、套筒阀（笼式阀） 810

八、蝶阀 811

七、角形阀 811

九、三通阀 813

十、自力式控制阀 813

十一、电磁阀 814

二、Kv计算公式的发展 815

三、压力恢复系数FL（临界流量系数C？） 815

一、流量系数Ko的定义 815

第五节 调节阀系数Kv值计算和口径确定 815

四、Kv值计算公式（具备压力恢复系数FL时） 816

五、Kv值计算公式（不具备压力恢复系数FL时） 817

六、异径管的影响 820

七、闪蒸和空化现象的避免或减小 820

八、两相流 821

九、压缩性 821

十、Kv计算值的放大和阀的口径确定 821

一、控制噪声预估公式 823

第六节调节阀噪声及其预估公式 823

二、降低噪声的方法 824

三、低噪音阀和消声器 825

第七节调节阀计算参数的决定 825

一、阀上压降的决定 825

一、流向选择 826

二、气开、气关的选择 826

三、流量特性选择 826

第八节调节阀的选型 826

三、计算流量的决定 826

二、流体密度的决定 826

四、上阀盖形式选择 828

五、填料选择 829

六、阀的材质选择 829

第九节调节阀附件 830

一、阀门定位器 830

四、阀位传送器 831

第十节调节阀的安装 831

七、空气过滤减压阀 831

五、行程开关（阀位控制器） 831

六、手轮机构 831

二、继动器和增强器 831

三、保位器 831

参考文献 832

第一章基本控制系统 835

第一节PID控制 835

一、连续PID控制 835

第四篇过程控制系统 835

二、离散PID控制 842

第二节串级控制系统 846

一、串级控制系统的基本概念和方块图 846

二、串级控制系统的特点 847

三、串级控制系统的应用 848

四、串级控制系统的设计 849

五、串级控制系统的投运和参数整定 851

第三节比值控制系统 852

一、比值控制概念和比值控制方案 852

二、比值控制系统的实施方案 854

三、比值控制中的若干问题 855

一、选择性控制的应用 857

第四节选择性控制系统 857

二、选择性控制系统的设计 858

第五节分程控制系统 860

一、分程控制的目的 861

二、分程控制系统的若干问题 862

第二章复杂控制系统 863

第一节前馈控制 863

一、基本概念和方块图 863

二、前馈控制系统的几种结构形式 864

三、前馈控制规律的实施 867

一、增益调度适应控制 869

第二节适应性控制 869

二、带有自校正的PID控制器 871

第三节用于大纯滞后过程的控制器 873

一、基本概念 873

二、Smith预估控制器 873

三、数字式预估控制器 875

四、采样PI调节器 878

五、调一调、等一等控制模式 878

一、确定优化系统范围、目标函数、约束条件和独立变量 879

第四节优化控制 879

二、建立最优化模型 880

四、确定优化控制系统结构 882

三、按最优化数学模型的类型，决定最优化求解方法 882

第五节按计算指标控制和推断控制 884

一、按计算指标控制的控制系统 884

二、反馈推断控制系统 886

三、前馈形式的推断控制系统 886

第六节非线性控制系统 889

一、概述 889

二、描述函数及其分析方法 889

三、非线性控制 892

第七节关联与解耦 894

一、相对增益 894

二、关联的影响 897

三、解耦控制 898

第三章状态反馈控制 901

第一节状态反馈 901

一、单变量系统的极点配置 902

第二节极点配置 902

二、多变量系统的极点配置 904

三、应用举例 905

第三节状态解耦 907

第四节渐近调节 912

一、镇定问题 912

二、系统的分类 913

三、渐近调节 913

四、举例 914

第四章状态观测器 916

第一节全维状态观测器 916

第二节降维状态观测器 920

一、降维观测器的维数问题 920

二、降维观测器的设计 920

第三节带有状态观测器的闭环控制系统 923

二、什么是自适应控制系统 926

第五章自适应控制与鲁棒控制 926

第一节自适应控制概况 926

一、问题的提出 926

三、自适应控制的几种形式 927

二、用参数最优化技术的设计方法（MIT方案） 929

第二节模型参考自适应控制系统 929

一、具有可调增益的系统 929

三、稳定模型参考自适应控制系统的设计 931

四、一般线性系统的模型参考自适应控制设计 932

第三节 自校正控制系统 935

一、自校正调节器 935

二、自校正控制器 939

三、极点配置自校正调节器 942

第四节鲁棒控制 943

一、鲁棒调节器定义 944

二、鲁棒调节器的存在条件 944

三、鲁棒调节器的结构和设计方法 944

四、离散化鲁棒调节器 945

五、鲁棒调节器应用示例 946

第六章随机控制系统 949

第一节随机系统模型 949

一、状态方程表达式 949

二、输入输出表达形式 951

三、被控随机系统分析 951

第二节卡尔曼滤波状态估计器 954

一、最优线性估计 954

二、卡尔曼滤波器 954

三、连续卡尔曼滤波器 957

四、系统具有确定性输入 957

五、推广卡尔曼滤波器 957

六、有色噪声的卡尔曼滤波器 959

七、几点说明 960

第三节随机最优控制 960

一、状态的全知和不全知 961

二、状态全知的二次型随机最优控制 961

三、状态不全知的二次型随机最优控制 963

四、一般情况下的二次型随机最优控制 964

五、最小方差控制问题 965

六、关于随机自适应控制问题 967

第四节应用实例 968

一、建模 968

二、状态估计 970

三、优化控制 971

第七章模糊控制 975

第一节预备知识 975

第二节概述 976

第三节基本工作原理 977

第四节模糊控制器的设计 977

一、确定FC的结构 978

二、定义模糊子集，建立模糊规则 978

三、由基本论域转变为模糊集论域（量化） 978

四、确定关系矩阵R 979

五、由模糊推理合成规则求控制输出模糊子集 979

六、进行模糊判决，即由模糊子集C确定控制输出确切值u 979

第五节应用举例 980

七、综述 980

第六节自适应（自组织）控制 985

第七节模糊最优控制 987

第八节对模糊控制理论的评述 989

第八章过程控制系统仿真 990

第一节仿真概述 990

一、什么是计算机仿真 990

二、计算机仿真过程 990

三、计算机仿真应用 990

一、过程控制系统数学模型 990

第二节 过程控制系统数学模型及其转换 990

二、数学模型间的转换 992

第三节常用数值算法 993

一、求方程f(x)=0的根 993

二、微分方程的求解 994

第四节过程控制系统分析设计算法 995

一、典型过程的算法 995

二、根轨迹的算法 995

三、频率特性的计算 996

第五节连续系统的仿真 999

一、以传递函数表示的系统仿真 999

二、以方块图表示的系统结构图法仿真 1000

三、替换法与根匹配仿真计算 1002

第六节连续系统离散化仿真 1003

一、典型环节离散状态方程 1003

二、典型的非线性环节仿真 1005

第七节数字控制系统仿真 1007

一、差分方程表示的系统仿真 1007

二、z反变换法的仿真计算 1008

四、离散状态变量图法仿真计算 1009

三、采样系统的仿真 1009

第九章过程控制工程设计 1016

一、过程控制工程设计的基本任务 1016

二、过程控制工程设计的基本程序 1016

第二节信号联锁系统的设计 1016

一、信号联锁系统设计的原则 1016

二、信号联锁系统的基本组成环节 1017

四、信号系统实用线路 1019

三、信号联锁系统设计中的注意事项 1019

五、联锁保护系统实用线路 1026

六、常用定型产品 1029

第三节过程控制系统的设计 1029

一、过程控制系统方案的确定 1029

二、过程控制系统设计中的注意事项 1030

三、单回路控制系统的设计原则 1031

二、控制室的平面设计 1032

第四节控制室的设计 1032

一、控制室在总体布局中的位置 1032

三、仪表盘 1034

四、仪表盘盘后配线、配管及配置 1036

五、控制室内供电、供气、通讯联络和安全报警系统的设置 1038

六、控制室的建筑要求 1038

七、控制室的采光、照明和采暖通风设施 1039

第五节过程控制工程设计中的常用材料及电气设备 1039

一、金属材料 1039

二、非金属材料 1042

三、电气设备材料 1044

第六节 过程控制工程设计中常用图例符号的表示方法及示例 1049

一、图形符号 1049

二、字母代号 1049

三、仪表位号的表示方法 1053

四、图形符号和仪表位号表示法示例 1054

参考文献 1061

第二节计算机控制系统的一般结构 1067

二、过程输入输出设备（PI/O） 1067

一、控制计算机 1067

第一章概论 1067

第一节计算机控制的基本目的 1067

第五篇工业控制计算机系统 1067

三、人／机通信系统 1068

第三节计算机控制系统的典型类型 1068

一、集中式计算机控制系统 1068

二、分散型计算机控制系统 1069

一、有形的效益 1070

第四节计算机控制系统的经济效益 1070

二、无形的效益 1071

第五节 工业控制计算机的基本原理和结构 1071

第六节工业控制计算机的主要特征 1072

第七节内存贮器 1072

一、存贮器的主要指标 1072

二、半导体存贮器的分类 1072

三、半导体存贮器与CPU的连接 1073

五、存贮器组织 1074

四、微机上常用的存贮器芯片 1074

第八节外存贮器 1075

一、磁带机 1076

二、软磁盘存贮器 1077

三、硬磁盘存贮器 1079

四、数字磁记录设备的编码技术 1080

五、光盘存贮器 1085

第九节外部设备 1085

一、外部设备的地址编码 1085

三、串行与并行接口 1086

二、CPU与外部设备数据交换的方式 1086

第二章 工业过程控制计算机的过程通道 1087

第一节模拟输入通道 1087

一、模拟多路开关 1087

二、数据放大器 1089

三、采样保持器 1091

四、模／数（A/D）转换器及其与计算机的接口 1092

五、输入通道的电隔离技术 1093

第二节模拟输出通道 1094

六、模拟输入通道举例 1094

第三节数字输入通道 1097

一、开关量输入通道 1097

二、计数量输入通道 1098

三、数字输入通道的接口界面 1098

第四节数字输出通道 1099

第五节多级控制中上级机和下级机之间的通讯举例 1101

一、IBM-PC和Z-80机异步串行通讯的硬件 1101

二、IBM-PC和Z-80机异步串行通讯的软件编制 1102

第一节操作系统的基本原理 1104

第三章计算机的操作系统 1104

第二节实时操作系统 1105

一、处理机管理 1106

二、作业管理 1106

三、存贮器管理 1110

四、文件管理 1115

五、外部设备管理 1119

第三节分时操作系统 1123

一、处理机管理 1123

二、存贮器管理 1126

三、文件系统的管理 1128

四、设备管理 1131

第四节分布式操作系统 1135

第五节一些常用的操作系统命令 1138

一、APPLEⅡDOS常用命令 1138

二、CP/M操作系统常用命令 1139

三、PC-DOS操作系统常用命令 1140

四、UNIX操作系统常用命令（SHELL命令） 1141

五、VAX/VMS操作系统常用命令 1142

第四章工业控制计算机的语言 1145

第一节过程控制语言的基本类型 1145

一、语言的基本类型 1145

二、高级语言程序加工过程的基本类型 1145

三、高级过程控制语言的基本功能与内容 1146

第二节高级语言的功能概述 1146

一、数据类型 1146

四、程序控制结构 1147

三、程序结构 1147

二、运算和比较功能 1147

五、实时控制功能 1148

第三节过程控制语言FPB 1148

一、语句和任务 1148

二、系统命令 1151

三、应用举例 1151

第四节 实时FORTRAN语言 1152

一、程序的构成 1152

二、实时FORTRAN命令 1154

三、程序举例 1155

四、FORTRAN程序的编译、连接（装配）和执行 1156

第五节PC/FORTH系统 1157

一、关于FORTH 1157

二、PC/FORTH中的常用词 1158

三、PC/FORTH的后台任务 1162

第六节其他专用控制语言 1163

第二节 若干典型的人／机联系设备 1165

二、纸带输入机 1165

一、键盘输入装置 1165

第一节人／机联系的重要性 1165

第五章工业控制计算机系统的人／机联系 1165

三、打印机 1168

四、显示设备 1171

第三节 彩色CRT的图形显示方式 1173

一、参数的总貌显示 1173

二、组显示 1174

三、细目显示 1175

四、趋势显示和每小时平均值显示 1175

六、警报概要显示 1176

五、单点显示 1176

八、单元流程图显示 1177

七、警报组显示 1177

第四节报表输出方式 1178

第六章工业控制计算机系统的散据通讯和网络结构 1180

第一节数据通讯的基本方式 1180

一、并行通讯与串行通讯 1180

二、串行通讯的两种基本方式 1180

三、串行通讯中数据的传送方向 1181

二、内总线（Internal Bus） 1182

第二节工业控制中常用总线标准 1182

一、片总线（Chip Bus） 1182

三、外总线（External Bus） 1186

第三节计算机综合控制系统中的数据通讯及局域网络 1189

一、高速数据通道 1191

二、通讯系统的可靠性 1192

三、网络结构 1193

四、局部计算机网络 1195

第一节数据库的基本原理 1203

第七章计算机系统的数据库 1203

第二节数据库系统的结构 1204

一、模式 1204

二、子模式 1204

三、存贮模式 1205

四、数据操作语言 1205

五、数据库管理系统 1205

六、数据字典 1205

二、关系数据库的子模式 1206

一、关系数据库的模式 1206

第三节关系数据库 1206

三、关系数据库的存贮模式 1208

四、数据完整性和安全性保护的一般措施 1210

第四节分布式数据库的实例——WDPF系统 1211

一、WDPF系统的简介 1211

二、WDPF分布式数据库的建立 1212

第五节常用数据库的操作语言的例子 1215

一、INGRES数据库的QUEL语言 1215

二、dBASEⅡ,Ⅲ数据库的操作命令 1218

第一节原则 1221

一、系统配置原则 1221

第八章工业控制机系统的配置及选型 1221

二、系统选择原则 1222

第二节基本模式 1223

一、以单片机为主体构成的系统模式 1223

二、以单板机为主体构成的系统模式 1224

三、以个人计算机（PC）为主体构成的系统模式——PC工业控制机系统 1224

四、分散型控制系统模式 1224

五、以综合管理和控制为主体的综合管理控制系统模式 1224

第三节国内外典型系统及性能 1224

四、系统控制的仿真（模拟） 1239

六、应用软件的考核 1239

五、系统调试 1239

七、应用软件的维护 1239

三、特殊应用软件的编制 1239

二、应用软件的系统生成和组态 1239

一、一般步骤及内容 1239

第四节应用软件的实施 1239

附录 1240

参考文献 1242

第六篇生产单元的控制及工业控制计算机系统应用举例第一章化学反应器的控制 1245

第一节化学反应过程概述 1245

一、反应速度 1245

三、反应过程常用指标 1247

二、反应的热效应 1247

四、典型化学反应 1248

五、常用化学反应器 1249

六、放热反应器的热稳定性 1251

第二节化学反应器的控制 1252

一、连续反应器的控制 1253

二、间歇反应器的控制 1260

第二章精馏塔的控制 1264

第一节概述 1264

一、控制要求 1264

二、物料平衡与能量平衡关系式 1264

第二节产品质量控制 1265

三、影响产品质量的因素 1265

四、变量分析与控制系统的设置 1265

一、质量指标的选取 1266

二、按精馏段指标控制 1267

三、按提馏段指标控制 1268

四、按两端指标控制 1270

五、间歇精馏塔的产品质量控制 1272

第三节压力控制 1272

一、塔压控制的基本方案 1272

二、浮动压力控制 1275

第四节前馈控制与推断控制 1276

一、前馈控制 1276

二、推断控制 1277

第五节解耦控制 1278

一、理想解耦 1278

二、简化解耦 1279

三、部分解耦 1280

一、单个精馏塔的最优化控制 1281

第六节精馏塔及塔系的最优化控制 1281

四、精馏塔两端产品质量解耦控制方案的选取 1281

二、精馏塔系的最优化控制 1284

第三章传热设备的控制 1289

第一节传热设备的静态特性 1289

一、传热过程的两个基本方程式 1289

二、换热器静态特性的基本方程式 1290

第二节传热设备的动态特性 1291

一、两侧流体完全混和的换热器动态特性 1291

二、套管式换热器的动态特性 1292

第三节一般传热设备的控制方案 1293

一、调节载热体流量 1293

二、调节载热体的汽化温度 1295

三、将工艺介质分路 1295

四、调节传热面积 1296

第四节复杂控制系统的应用 1296

一、前馈－反馈控制 1296

二、热焓控制 1299

三、选择性控制系统 1299

一、蒸发器的特性 1300

第五节蒸发器的控制 1300

二、蒸发器的主控制回路 1301

三、蒸发器的辅助控制回路 1303

四、各类蒸发装置的控制 1303

第四章泵、压缩机与风机的控制 1306

第一节离心泵的控制 1306

一、改变泵的特性曲线 1307

二、改变管路特性曲线 1307

一、往复泵的压力流量调节 1309

三、离心泵的两位式控制（或称ON-OFF控制） 1309

第二节容积式泵的控制 1309

二、旋转泵——螺杆泵的调节 1311

第三节往复式压缩机的控制 1312

一、氮气压缩机的汽缸余隙调节和旁路调节 1312

二、往复式压缩机的顶开吸入阀及旁路调节系统 1312

三、往复式压缩机的旁路回流调节 1313

第四节离心式压缩机的调节 1313

一、离心式压缩机的特点与控制系统设置 1313

二、离心式压缩机的工作特性及负荷调节 1314

三、离心式压缩机的喘振与防喘振控制系统 1317

四、离心式压缩机的微处理机控制 1324

第五节风机的控制 1325

一、风机的工作特性 1325

二、风机的调节系统 1325

第五章窑炉的控制 1327

第一节 陶瓷、砖瓦、耐火材料等工业窑炉自动控制 1327

一、倒焰窑电瓷焙烧过程自动控制 1327

二、隧道窑自动控制系统 1328

三、辊道窑自动控制系统 1332

第二节 玻璃窑的自动控制系统 1335

一、马蹄焰窑的自动控制系统 1335

二、大型平板玻璃窑炉的控制 1338

第三节水泥窑的自动控制系统 1339

一、机械立窑的闭门操作技术 1339

二、回转窑自动控制系统 1342

第六章造纸厂纸机的计算机控制 1344

第一节抄纸工序工艺流程 1344

一、机理推导建模 1345

第二节造纸过程的建模 1345

二、系统辨识建模 1347

第三节定量和水分的控制策略 1348

一、具有纯滞后补偿的PID控制 1350

二、多变量参数优化PID控制 1350

三、多功能鲁棒调节器 1350

四、最优解耦控制 1350

五、模型预估控制 1351

六、模糊控制 1351

七、精确－模糊集成控制 1352

八、自适应控制 1352

第四节 计算机控制系统的实施 1353

一、计算机控制系统的硬件实现 1353

二、计算机控制系统的软件编制 1354

二、升温阶段 1356

四、降温阶段 1356

三、恒温阶段 1356

第一节杀菌操作简介 1356

第七章罐头厂杀菌釜的计算机控制系统 1356

一、装罐合盖 1356

五、开盖取罐 1357

第二节 常规控制及杀菌过程全自动的难题 1357

第三节系统的控制方案 1357

第四节系统硬件的有关说明 1358

第五节控制软件简介 1361

第六节系统的经济效益 1362

一、水碳比控制系统 1363

第八章合成氨厂的计算机控制系统 1363

第一节造气工段的控制 1363

二、重油造气的氧油比控制系统 1364

第二节合成工段的控制 1367

一、氢氮比控制 1367

二、合成驰放气控制系统 1368

三、合成塔触媒层温度控制 1368

第三节典型控制系统 1372

一、汽包液位控制 1372

二、辅助锅炉燃烧控制 1373

三、离心式压缩机的防喘振控制系统 1374

四、变换炉控制系统 1376

第九章 乙烯生产装置的计算机控制系统 1377

第一节裂解炉计算机控制系统 1377

一、11.5万吨乙烯裂解炉控制方案 1377

二、30万吨乙烯裂解炉控制方案 1378

第二节压缩机节能控制方案 1381

第三节 乙炔反应转换器控制方案 1381

第四节 乙烯精馏塔控制系统 1385

第六节计算机生产管理程序 1389

第五节计算机在线优化控制 1389

第十章催化裂化装置的计算机控制 1390

第一节 引言 1390

第二节稳态数学模型及其应用 1390

一、埃索（ESSO）研究工程公司的模型 1391

二、阿莫柯（AMOCO）公司的模型 1391

三、佩斯（PACE）咨询公司的模型 1391

（Amoco）的三集总模型 1392

五、凯洛格（Kellogg）和阿莫柯 1392

四、BDL模型 1392

第三节动态数学模型及其应用 1393

一、动态模型 1393

二、先进控制 1393

三、动态模型的其他应用 1395

第四节计算机控制系统 1396

第五节实例 1397

第一节概述 1401

第十一章炼油厂常减压蒸馏装置的计算机控制系统 1401

第二节常减压蒸馏过程模型化 1402

一、基本原理 1402

二、在线质量计算模型 1403

三、动态系统建模 1405

第三节控制系统的设计与实施 1405

一、系统目标和结构分解 1405

二、基本控制系统 1406

三、先进控制系统 1407

参考文献 1410