过程控制工程 第2版PDF电子书下载

1 过程控制概论 1

1.1 控制系统的组成与目标 1

1.1.1 控制系统的由来 1

1.1.2 控制系统的组成 3

1.1.3 过程控制的术语与目标 3

1.2 控制仪表与控制装置 4

1.2.1 单元组合控制仪表 4

1.2.2 计算机控制装置 6

1.3 过程控制策略 9

1.3.1 反馈控制 9

1.3.2 前馈控制 10

1.4 反馈控制系统的分类 11

思考题与习题1 13

2 基于过程动力学的机理建模 14

2.1 过程建模的目的和方法 14

2.2 机理建模 15

2.2.1 机理法建模的步骤 15

2.2.2 常用的方程 15

2.3 典型过程的动态建模 20

2.3.1 液体储罐的动态模型 21

2.3.2 串联液体储罐的动态模型 22

2.3.3 气体压力储罐的动态模型 23

2.3.4 夹套式换热器的动态模型 24

2.3.5 管式换热器的动态模型 25

2.3.6 化学反应器的动态模型 26

思考题与习题2 28

3 基于实验数据的经验建模 30

3.1 阶跃响应建模 30

3.1.1 阶跃响应的获取 30

3.1.2 由阶跃响应确定近似传递函数 31

3.1.3 脉冲响应方法 34

3.2 回归建模方法 35

3.2.1 线性回归建模 35

3.2.2 离散时间模型及其辨识 37

3.2.3 神经网络建模 39

思考题与习题3 42

4 反馈控制 44

4.1 控制系统的性能指标 44

4.1.1 以阶跃响应曲线的特征参数作为性能指标 44

4.1.2 偏差积分性能指标 45

4.2 三种常规的反馈控制模式 46

4.2.1 比例控制作用 47

4.2.2 比例积分控制作用 48

4.2.3 比例积分微分控制作用 50

4.3 PID控制器的选取与整定 51

4.3.1 控制器的选型 51

4.3.2 控制器参数整定 52

4.3.3 PID参数自整定 55

4.4 反馈控制系统的投运 58

思考题与习题4 59

5 前馈控制和比值控制 60

5.1 前馈控制系统 60

5.1.1 前馈控制的基本原理 60

5.1.2 前馈控制系统的特点 62

5.2 前馈控制系统的几种结构形式 62

5.2.1 静态前馈 62

5.2.2 动态前馈 63

5.2.3 前馈反馈控制系统 64

5.2.4 多变量前馈控制 65

5.2.5 用计算机实施前馈控制 67

5.3 比值控制系统 68

5.3.1 定比值控制系统 69

5.3.2 变比值控制系统 71

5.3.3 比值控制系统的实施 72

5.3.4 比值控制系统的设计、投运及整定 74

5.3.5 比值控制系统中的若干问题 75

思考题与习题5 76

6 其他典型控制系统 78

6.1 串级控制系统 78

6.1.1 串级控制的概念及方框图描述 78

6.1.2 串级控制系统分析 79

6.1.3 串级控制系统设计 80

6.1.4 串级控制系统举例 83

6.2 非线性增益补偿控制 88

6.2.1 非线性过程的特点 88

6.2.2 非线性补偿方法 90

6.2.3 pH中和过程控制 94

6.3 均匀控制 100

6.3.1 均匀控制的由来 100

6.3.2 均匀控制的实现 101

6.3.3 均匀控制参数工程整定 102

6.4 选择性控制系统 103

6.4.1 用于设备软保护的选择性控制 103

6.4.2 其他选择性控制系统 105

6.5 分程控制系统和阀位控制系统 106

6.5.1 分程控制系统 106

6.5.2 阀位控制系统 110

思考题与习题6 111

7 多回路控制系统分析与设计 114

7.1 相对增益 114

7.1.1 相对增益的概念 114

7.1.2 相对增益矩阵的计算 116

7.2 耦合系统的变量配对与控制参数整定 117

7.2.1 耦合系统的变量配对 118

7.2.2 耦合多回路系统的控制器参数整定 120

7.3 多回路系统的解耦设计 124

7.3.1 基于方框图的线性解耦器 124

7.3.2 基于过程机理的非线性解耦器 130

思考题与习题7 131

8 计算机控制系统 133

8.1 计算机控制系统概述 133

8.2 信号采集与处理 135

8.2.1 信号采集与变换 135

8.2.2 信号处理与数据滤波 137

8.3 数字PID控制算法 140

8.3.1 数字PID控制算式 140

8.3.2 数字PID改进算式 141

8.3.3 数字PID控制的实现 143

8.3.4 数字PID控制器参数整定 145

8.4 数字控制系统举例 146

8.4.1 DCS（Distributed Control System）概念 146

8.4.2 JX-300X系统结构 147

8.4.3 JX-300X系统软件 150

思考题与习题8 153

9 基于模型的控制方法 154

9.1 史密斯预估控制 154

9.1.1 史密斯补偿原理 154

9.1.2 史密斯预估器的几种改进方案 157

9.2 内模控制 157

9.2.1 基本内模控制系统的结构与性质 158

9.2.2 改进型内模控制系统 159

9.3 模型预测控制 161

9.3.1 模型预测控制的主要特征 162

9.3.2 SISO无约束动态矩阵控制 163

9.3.3 MIMO受约束动态矩阵控制 166

9.4 先进控制应用示例：原油蒸馏塔的多变量预测控制 167

9.4.1 工艺概况 167

9.4.2 常压塔的多变量约束控制问题 169

9.4.3 常压塔先进控制系统的运行结果 170

思考题与习题9 171

10 过程监督控制 172

10.1 监督控制概述 172

10.2 过程监视与控制 172

10.2.1 过程变量限值检查法 173

10.2.2 过程监控一般方法 173

10.2.3 质量控制图法 175

10.3 统计过程控制技术 179

10.3.1 过程能力指数 179

10.3.2 6-Sigma方法 180

10.3.3 多元统计控制技术 181

10.3.4 过程控制和统计过程控制的关系 182

思考题与习题10 183

11 间歇过程控制 184

11.1 间歇生产过程及控制 184

11.1.1 间歇生产过程特点 184

11.1.2 间歇生产过程控制系统 185

11.2 顺序逻辑控制 186

11.3 间歇生产过程中的控制 188

11.3.1 间歇生产过程的特殊控制方法 189

11.3.2 间歇反应器的控制 191

11.4 批次对批次（Run-to-Run）控制 193

11.4.1 概述 193

11.4.2 指数加权移动平均控制算法 194

11.4.3 应用示例 196

11.5 间歇生产过程管理 197

11.5.1 处方（Recipe）和配方的管理 197

11.5.2 间歇生产过程计划与调度 198

思考题与习题11 199

12 传热设备的控制 201

12.1 概述 201

12.1.1 热量传递的三种方式 201

12.1.2 换热设备的结构类型 203

12.1.3 换热设备的静态特性 203

12.1.4 换热设备的动态特性 205

12.2 换热设备的控制 207

12.2.1 换热器的控制 207

12.2.2 蒸汽加热器的控制 208

12.2.3 冷凝冷却器的控制 209

12.3 加热炉的控制 210

12.3.1 加热炉的单回路控制方案 210

12.3.2 加热炉的串级控制方案 211

12.4 锅炉设备的控制 214

12.4.1 汽包水位的控制 216

12.4.2 燃烧系统的控制 219

12.4.3 蒸汽过热系统的控制 222

思考题与习题12 222

13 精馏塔的控制 224

13.1 精馏塔的控制目标 224

13.1.1 质量指标 224

13.1.2 产品产量和能量消耗 225

13.2 精馏塔的静态特性和动态特性 226

13.2.1 精馏塔的静态特性 226

13.2.2 精馏塔的动态模型 228

13.3 精馏塔质量指标的选取 233

13.3.1 灵敏板的温度控制 233

13.3.2 温差控制 233

13.3.3 双温差控制 234

13.4 精馏塔的常用控制方案 235

13.4.1 物料平衡控制 237

13.4.2 精馏段质量指标控制 241

13.4.3 提馏段质量指标控制 246

13.4.4 两端质量指标控制 249

13.5 精馏塔的先进控制方案 253

13.5.1 内回流控制 253

13.5.2 产品质量的软测量与推断控制 254

13.5.3 精馏塔的节能控制 255

思考题与习题13 257

14 计算机综合集成控制 259

14.1 计算机综合集成控制概述 259

14.1.1 流程工业生产过程运作特点 259

14.1.2 计算机综合集成控制 260

14.2 信息源与信息集成系统 261

14.2.1 企业信息和数据来源 261

14.2.2 信息分类与编码 261

14.2.3 企业信息系统综合集成技术 263

14.3 数据校正技术 264

14.3.1 概述 264

14.3.2 数据校正原理 264

14.3.3 过失误差检测原理 264

14.4 数据驱动下的企业运行 265

14.4.1 生产过程的安全、稳定运行 265

14.4.2 生产过程的优化管理及运行 266

14.5 优化技术及应用 267

14.5.1 最优化概念 267

14.5.2 实时优化经济模型 269

14.5.3 实时优化控制技术 270

14.5.4 最优化算法及控制 273

思考题与习题14 276

参考文献 278