过程控制工程 第3版PDF电子书下载

绪论 1

第1章　简单控制系统 7

1.1 控制系统组成和控制性能指标 7

1.1.1 控制系统的组成 7

1.1.2 控制系统的控制性能指标 9

1.2 过程动态特性和过程动态模型的建立 11

1.2.1 典型过程动态特性 11

1.2.2 过程特性对控制性能指标的影响 14

1.2.3 过程动态模型的建立 16

1.2.4　机理建模 18

1.2.5 过程辨识与参数估计 20

1.3 检测变送环节 22

1.3.1 检测变送环节的性能 22

1.3.2 对检测变送信号的处理 24

1.4 控制阀的选择 26

1.4.1 结构形式及材质的选择 26

1.4.2 口径大小及控制阀作用方式的选择 29

1.4.3 控制阀的流量特性 30

1.4.4 控制阀流量特性的选择 32

1.4.5 阀门定位器的选择 35

1.4.6　其他执行器 35

1.5 控制器的控制算法 36

1.5.1 连续PID控制算法 36

1.5.2 离散PID控制算法 40

1.5.3 双位控制 42

1.6 控制器控制规律选择与参数整定 44

1.6.1 控制器控制规律选择 44

1.6.2 控制器的参数整定若干原则 45

1.6.3 控制器参数工程整定法 46

1.6.4 控制系统的投运 48

思考题与习题 49

第2章　复杂控制系统 51

2.1 串级控制系统 51

2.1.1 串级控制系统的基本原理和结构 51

2.1.2 串级控制系统的特点 53

2.1.3 串级控制系统的设计 55

2.1.4 串级控制系统控制器参数整定及投运 59

2.1.5 串级控制系统的变型 59

2.1.6 串级控制系统应用实例 61

2.2 比值控制系统 62

2.2.1 基本原理和结构 62

2.2.2 比值系数的计算 63

2.2.3 比值控制系统设计和工程应用中的问题 66

2.2.4 比值控制系统的参数整定和投运 67

2.2.5 比值控制系统的变型 68

2.2.6 比值控制系统应用实例 69

2.3 均匀控制系统 71

2.3.1 均匀控制系统的基本原理和结构 71

2.3.2 均匀控制系统控制规律的选择及参数整定 73

2.4 前馈控制系统 74

2.4.1 基本原理 74

2.4.2 前馈控制的主要结构形式 75

2.4.3 前馈控制系统的设计及工程实施中若干问题 77

2.4.4 前馈控制系统的投运和参数整定 79

2.4.5 前馈控制系统的应用实例 79

2.5 选择性控制系统 80

2.5.1 基本原理和结构 80

2.5.2 选择性控制系统设计和工程应用中的问题 83

2.5.3 选择性控制系统应用实例 84

2.6 分程控制系统 86

2.6.1 不同工况需要不同的控制手段 86

2.6.2 扩大控制阀的可调范围 87

2.7 双重控制系统 88

2.7.1　基本原理和结构 88

2.7.2 双重控制系统设计和工程应用中的问题 89

2.7.3 双重控制系统应用实例 89

思考题与习题 90

第3章　先进控制技术 92

3.1　基于模型的预测控制 92

3.1.1 预测控制基本原理 93

3.1.2　预测控制算法 94

3.1.3 预测控制软件包的发展 96

3.1.4 预测控制在国内的应用 97

3.2　推断控制 97

3.2.1 推断控制系统 97

3.2.2 输出可测条件下的推断控制 99

3.2.3　工业应用实例 100

3.3 软测量技术 101

3.3.1 软测量技术 102

3.3.2　软测量工程设计 103

3.3.3 工业应用实例 104

3.4　差拍控制系统 105

3.4.1　差拍控制系统 105

3.4.2　达林控制算法 106

3.4.3　V．E．控制算法 106

3.5 纯滞后补偿控制系统 106

3.5.1 史密斯预估补偿控制方案 106

3.5.2 自适应史密斯预估补偿控制 107

3.5.3 应用实例 108

3.6 解耦控制系统 109

3.6.1 系统的关联 109

3.6.2　相对增益 110

3.6.3 减少与解除耦合途径 111

3.6.4 串接解耦控制 113

3.6.5　工业应用实例 115

3.7 自适应控制和鲁棒控制 117

3.7.1 自适应控制概述 117

3.7.2　自整定调节器 117

3.7.3 模型参考型自适应控制系统 120

3.7.4　自校正控制系统 120

3.7.5　自适应控制工业应用实例 121

3.7.6　鲁棒控制 122

3.8　故障检测诊断和容错控制 123

3.8.1　故障检测和诊断 123

3.8.2　容错控制 124

3.9 现场总线控制系统 125

3.9.1 现场总线控制系统的主要特点 125

3.9.2 现场总线控制系统 126

3.10　综合自动化系统 130

3.10.1 综合自动化的意义 130

3.10.2　综合自动化系统的特点 131

3.10.3　工业生产过程计算机集成控制系统的构成 132

思考题与习题 133

第4章　智能控制 134

4.1 模糊控制 134

4.1.1　模糊控制的数学基础 135

4.1.2 模糊控制器的基本结构 143

4.1.3 模糊控制器设计的若干问题 145

4.1.4　模糊控制器设计实例 149

4.1.5 模糊控制与传统控制的结合 154

4.2　神经网络控制 156

4.2.1 人工神经元和人工神经网络 157

4.2.2　典型神经网络 159

4.2.3　神经网络建模 163

4.2.4 神经网络控制 165

4.3　专家控制 168

4.3.1 专家系统 168

4.3.2 专家控制 169

4.3.3 专家控制系统应用示例 173

思考题与习题 175

第5章　流体输送设备的控制 176

5.1 概述 176

5.2 泵及压缩机的控制 176

5.2.1 离心泵的控制 177

5.2.2 容积式泵的控制 179

5.2.3　风机的控制 180

5.2.4　压缩机的控制 181

5.2.5 变频调速器的应用 183

5.3 离心式压缩机的防喘振控制 184

5.3.1 离心式压缩机的喘振 184

5.3.2 防喘振控制系统 185

5.3.3 实例分析 189

思考题与习题 194

第6章　传热设备的控制 195

6.1 传热设备的特性 195

6.1.1 传热过程的两个基本方程式 195

6.1.2 换热器静态特性的基本方程式 196

6.1.3 换热器的静态放大系数 197

6.1.4　控制方案的分析 198

6.2 一般传热设备的控制 199

6.2.1 调节载热体流量 199

6.2.2 调节载热体的气化温度 200

6.2.3　将工艺介质分路 200

6.2.4 控制传热面积 202

6.3 传热设备的热焓与热量控制方案 203

6.3.1 热焓控制 203

6.3.2 热量控制 203

6.4 锅炉设备的控制 205

6.4.1 锅炉气包水位的控制 205

6.4.2 锅炉燃烧系统的控制 211

6.4.3 蒸气过热系统的控制 215

6.5 管式加热炉的控制 216

6.5.1 加热炉的简单控制 216

6.5.2 加热炉的串级控制系统 218

6.5.3 安全联锁保护系统 219

6.5.4 加热炉的热效率控制 220

6.6 蒸发器的控制 221

6.6.1 蒸发器的特性 222

6.6.2 蒸发器的主控制回路 222

6.6.3 蒸发器的辅助控制回路 224

6.7 工业窑炉的控制 224

6.7.1 玻璃窑炉的控制 224

6.7.2 燃烧式工业窑炉控制 227

6.7.3 水泥窑炉的控制 229

思考题与习题 230

第7章　精馏塔的控制 233

7.1 概述 233

7.1.1 精馏塔的控制要求 233

7.1.2 精馏塔的扰动分析 234

7.2 精馏塔的特性 235

7.2.1 物料平衡和内部物料平衡 235

7.2.2　能量平衡关系 237

7.2.3 进料浓度zF和流量F对产品质量影响 238

7.3 精馏塔产品质量指标选择 239

7.3.1 采用温度作为间接质量指标 240

7.3.2 采用压力补偿的温度作为间接质量指标 241

7.4 精馏塔的基本控制 242

7.4.1 按精馏段指标的控制 242

7.4.2 按提馏段指标的控制 243

7.4.3 精馏塔的压力控制 244

7.5 精馏塔的节能控制 247

7.5.1 浮动塔压控制 248

7.5.2 能量的综合利用控制 249

7.5.3 产品质量的“卡边”控制 250

7.5.4 双重控制用于精馏塔节能控制 251

7.5.5 控制两端产品质量 251

7.6 精馏塔的先进控制 255

7.6.1 推断控制 255

7.6.2 软测量 257

7.6.3 预测控制 261

7.7 精馏塔的优化控制 264

思考题与习题 268

第8章　化学反应器的控制 269

8.1 概述 269

8.1.1 化学反应器的控制要求 269

8.1.2 化学反应器的基本控制策略 270

8.2 化学反应器的特性 270

8.2.1 化学反应速度 271

8.2.2 化学平衡 271

8.2.3 转化率 272

8.2.4 化学反应器的热稳定性 272

8.3 化学反应器的基本控制 274

8.3.1 出料成分的控制 274

8.3.2 反应过程的工艺参数作为间接被控变量 274

8.3.3 pH控制 277

8.3.4 化学反应器的推断控制 277

8.3.5 稳定外围的控制 280

8.3.6 开环不稳定反应器的控制 281

思考题与习题 282

第9章　典型工业生产过程的控制 284

9.1 合成氨过程的控制 284

9.1.1 变换炉的控制 284

9.1.2 转化炉水／碳比控制 285

9.1.3　合成塔的控制 286

9.1.4 大化肥装置的故障安全控制（FSC）系统 288

9.2 常减压过程的控制 292

9.2.1 常减压过程简介 292

9.2.2 常减压塔的控制 292

9.2.3 常压塔的多变量约束预测控制系统 297

9.3 催化裂化过程的控制 299

9.3.1 催化裂化过程反应-再生系统的控制 299

9.3.2 裂解气分馏塔的控制 300

9.3.3 裂解气分馏塔的粗汽油干点软测量 300

9.3.4 吸收-稳定系统的控制 302

9.3.5 催化裂化装置多变量预测控制 303

9.3.6 反应-再生系统先进控制专家系统 304

9.4 乙烯生产过程的控制 306

9.4.1 裂解过程的控制 307

9.4.2　分离过程的控制 310

9.5 聚合过程的控制 313

9.5.1 聚对苯二甲酸乙二酯（聚酯）过程的控制 313

9.5.2 聚氯乙烯过程的控制 314

9.5.3 聚乙烯过程的控制 316

9.5.4 聚乙烯生产装置关键控制回路的预测控制 320

9.6 生化过程的控制 322

9.6.1 常用生化过程控制 322

9.6.2 啤酒发酵过程控制 324

9.6.3 典型生化过程的计算机控制 326

9.7 制浆造纸过程的控制 328

9.7.1 制浆造纸过程的控制 328

9.7.2 硫酸盐法制浆过程的控制 334

9.8 冶金过程的控制 336

9.8.1 转炉炼钢过程的控制 336

9.8.2 氧化转炉炼钢控制 338

9.8.3 初轧生产过程的控制 341

思考题与习题 344

参考文献 345