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第1篇 过程控制系统 1

第1章 单回路反馈控制系统 1

1．1 单回路系统的结构组成 1

1．2 被控变量的选择 3

1．3 单回路系统的投运和整定 5

1．3．1 控制系统的投运 6

1．3．2 控制系统的整定 6

1．4 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 11

1．4．1 干扰通道特性对控制质量的影响 12

1．4．2 控制通道特性对控制质量的影响 15

1．4．3 操纵变量的选择 18

1．5 控制阀的选择 18

1．5．2 控制阀开、闭形式的选择 19

1．5．1 控制阀口径大小的选择 19

1．5．3 控制阀流量特性的选择 20

1．5．4 控制阀结构形式的选择 24

1．5．5 阀门定位器的选用 24

1．6 测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法 26

1．6．1 测量滞后的影响 26

1．6．2 信号传送滞后的影响 27

1．6．3 克服测量、传送滞后的办法 27

1．7 系统的关联及其消除方法 29

1．7．1 系统关联及其影响 29

1．7．2 分析系统关联的方法 30

1．7．3 削弱或消除系统间关联的方法 31

本章附录 32

附录一 实验装置介绍 32

附录二 单回路控制系统连接实践 34

附录四 单回路控制系统的质量研究 35

附录三 单回路控制系统的投运和整定 35

本章思考题及习题 36

第2章 串级控制系统 38

2．1 概述 38

2．2 串级控制系统的实施 41

2．2．1 用电动Ⅲ型、Ⅱ型仪表构成串级控制方案 42

2．2．2 用气动单元组合仪表构成串级控制方案 43

2．2．3 串级控制系统的实施 44

2．3 串级控制系统的投运和整定 47

2．3．1 串级控制系统的投运 47

2．3．2 串级控制系统的工程整定方法 47

2．4 串级控制系统的特点 49

2．5 串级系统副回路的设计 53

本章附录 58

附录一 串级控制系统连接实践 58

附录三 串级系统主、副环抗干扰能力的比较 59

附录二 串级控制系统的投运和整定 59

附录四 串级系统与单回路系统质量的比较 60

本章思考题及习题 61

第3章 比值控制系统 63

3．1 概述 63

3．2 比值控制系统的类型 63

3．2．1 开环比值控制系统 63

3．2．2 单闭环比值控制系统 64

3．2．3 双闭环比值控制系统 65

3．2．4 其他类型的比值控制 66

3．3 比值系数的计算 69

3．3．1 流量与测量信号成线性关系时的计算 69

3．3．2 流量与测量信号成非线性关系时的计算 70

3．4 比值控制方案的实施 70

3．4．2 比值控制方案实施举例 71

3．4．1 两类实施方案 71

3．4．3 比值控制系统中非线性环节的影响 74

3．4．4 比值控制系统中的信号匹配问题 76

3．5 比值控制系统的投运与整定 78

3．6 比值控制系统的其他问题 78

3．6．1 流量测量中的压力、温度的校正 78

3．6．2 主、副流量的动态比值问题 79

3．6．3 具有逻辑规律的比值控制 81

3．6．4 副流量供料不足时的自动配比 82

3．6．5 主动量与从动量的选择 82

本章附录 比值控制系统实验 83

本章思考题及习题 84

第4章 均匀控制系统 86

4．1 均匀控制问题的提出及特点 86

4．2．1 常用的几种结构形式 87

4．2 均匀控制方案 87

4．2．2 控制规律的选择 89

4．2．3 参数整定 89

4．3 均匀控制系统的理论分析 90

4．4 其他需说明的问题 92

4．4．1 气体压力与流量的均匀控制 92

4．4．2 实现均匀控制的其他方法 92

本章附录 均匀控制系统实验 93

本章思考题及习题 93

第5章 前馈控制系统 94

5．1 前馈控制系统的特点 94

5．2 前馈控制系统的几种主要结构形式 96

5．2．1 单纯的前馈控制系统 96

5．2．2 前馈-反馈控制系统 97

5．2．3 前馈-串级控制系统 99

5．3 前馈控制规律的实施 100

5．4 前馈控制系统的应用 101

5．5 前馈控制系统的参数整定 103

5．5．1 K1的整定 103

5．5．2 T1、T2的整定 104

5．6 多变量前馈控制 106

5．6．1 由工艺机理建立多变量前馈控制模型 106

5．6．2 以线性叠加为基础建立多变量前馈控制方程 107

5．6．3 多输入-多输出的多变量前馈控制系统 108

本章附录 前馈控制系统实验 111

本章思考题及习题 111

第6章 选择性控制系统 114

6．1 概述 114

6．2 选择性控制系统的类型及应用 115

6．2．1 开关型选择性控制系统 115

6．2．2 连续型选择性控制系统 117

6．2．3 混合型选择性控制系统 120

6．3 选择性控制系统的设计 121

6．4 积分饱和及其防止措施 122

6．4．1 积分饱和的产生及其危害性 122

6．4．2 抗积分饱和措施 122

本章思考题及习题 126

第7章 分程及阀位控制系统 128

7．1 分程控制系统 128

7．1．1 概述 128

7．1．2 分程控制的应用场合 129

7．1．3 分程控制系统控制器参数的整定 132

7．1．4 分程阀总流量特性的改善 132

7．2 阀位控制系统 137

7．2．1 概述 137

7．2．2 阀位控制系统的应用 138

7．2．3 阀位控制系统的设计及整定 140

本章思考题及习题 141

第8章 非线性控制系统 144

8．1 线性过程的非线性控制 144

8．1．1 液位的非线性控制 144

8．1．2 线性过程的其他非线性控制 146

8．2 非线性过程的非线性控制 148

8．2．1 pH控制过程的非线性控制 148

8．2．2 反应器的非线性控制 150

8．3．位式控制 151

8．3．1 位式控制的改进及其发展 151

8．3．2 Bang-Bang控制 152

本章思考题及习题 154

9．1．1 纯滞后补偿原理 155

9．1．2 纯滞后补偿控制的效果 155

9．1 纯滞后补偿控制系统 155

第9章 新型控制系统 155

9．1．3 史密斯补偿的实现 156

9．2 按计算指标及推断控制系统 158

9．2．1 按计算指标的控制系统 158

9．2．2 推断控制系统 162

9．3 解耦控制系统 166

9．3．1 关联系统解耦条件 167

9．3．2 解耦控制方案 167

9．3．3 解耦控制应用实例 171

9．4 按z变换设计的控制系统 172

9．4．1 最小拍控制算法 172

9．4．2 大林(Dahlin)控制算法 173

9．4．3 采样控制系统 175

9．5 预测控制系统 177

9．5．1 模型算法控制(MAC) 178

9．5．2 动态矩阵控制 179

本章思考题及习题 182

第10章 计算机控制系统 185

10．1 概述 185

10．1．1 计算机控制与模拟控制的比较 185

10．1．2 计算机控制系统的基本类型 186

10．2 计算机控制系统组成及数据处理 188

10．2．1 计算机控制系统的组成 188

10．2．2 信号采集、数字滤波和数据处理 189

10．3 直接数字控制系统(DDC) 194

10．3．1 DDC系统组成、功能及应用场合 194

10．3．2 DDC控制算式 196

10．3．3 PID控制算式的改进 199

10．3．4 DDC系统的参数整定 202

10．3．5 DDC系统其他控制形式的PID算式 204

10．4 集散型控制系统 214

10．4．1 集散塑控制系统的产生 214

10．4．2 集散型系统的基本组成和特点 215

10．4．3 集散型控制系统的功能 216

10．4．4 集散型控制系统示例TDC-3000简介 218

本章思考题及习题 224

第2篇 过程控制工程 226

第11章 流体输送设备的控制 226

11．1 概述 226

11．2 泵和压缩机的控制 227

11．2．1 离心泵的控制方案 227

11．2．2 容积式泵的控制方案 229

11．2．3 压缩机的控制方案 230

11．3．1 喘振现象及原因 231

11．3 离心式压缩机的防喘振控制 231

11．3．2 防喘振控制系统 232

11．3．3 压缩机串、并联运行及防喘振控制 237

本章思考题及习题 238

第12章 传热设备的控制 240

12．1 概述 240

12．1．1 传热设备的类型 240

12．1．2 传热设备的控制要求 241

12．2 一般传热设备的控制 241

12．2．1 换热器的控制 241

12．2．2 蒸汽加热器的控制 245

12．2．3 冷凝冷却器的控制 246

12．3 锅炉设备的控制 247

12．3．1 概述 247

12．3．2 锅炉汽包水位的控制 248

12．3．3 蒸汽过热系统的控制 255

12．3．4 锅炉燃烧过程的控制 255

12．4 加热炉的控制 259

12．4．1 采用压力平衡式控制阀(浮动阀)的控制 260

12．4．2 特殊温度-流量串级控制系统 260

本章思考题及习题 261

第13章 精馏塔的控制 264

13．1 概述 264

13．1．1 精馏塔的基本关系 264

13．1．2 精馏塔的控制要求 266

13．1．3 精馏塔的主要干扰因素 266

13．2 精馏塔的特性 266

13．3 精馏塔被控变量的选择 267

13．3．1 采用产品成分作为直接质量指标 267

13．3．2 采用温度作为间接质量指标 267

13．3．3 用压力孙偿的温度参数作为间接指标 268

13．4 精馏塔的整体控制方案 270

13．4．1 传统的物料平衡控制 271

13．4．2 质量指标反馈控制 271

13．4．3 串级、均匀、比值、前馈等控制系统在精馏塔中的应用 274

13．4．4 精馏塔塔压的控制 275

13．5 精馏塔的新型控制方案 277

13．5．1 内回流、热焓控制 277

13．5．2 解耦控制 277

13．5．3 推断控制 277

13．5．4 精馏塔的节能控制 278

13．5．5 精馏塔的最优控制 280

本章思考题及习题 283

14．1 概述 285

14．1．1 化学反应器的类型 285

第14章 化学反应器的控制 285

14．1．2 化学反应器的控制要求 286

14．2 反应器的特性 287

14．3 反应器的热稳定性分析 289

14．3．1 反应器静态工作点的热稳定性 289

14．3．2 开环不稳定、闭环稳定的条件 290

14．4 反应器的基本控制方案 291

14．4．1 绝热反应器的控制 292

14．4．2 非绝热反应器的控制 293

14．5 反应器的新型控制方案 294

14．5．1 聚合釜的温度-压力串级控制系统 294

14．5．2 具有压力补偿的反应釜温度控制 295

14．5．3 变换炉的最优控制 296

14．5．4 连续搅拌槽反应器的自适应控制 297

本章思考题及习题 298

参考文献 300