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1 绪论 1

1.1 工业生产过程控制概述 1

1.2 工业生产过程运行操作 2

1.2.1 工业生产过程操作功能 2

1.2.2 影响工业生产过程稳定因素 3

1.2.3 影响工业生产过程控制的因素 3

1.3 工业生产过程控制系统发展过程 4

1.3.1 自动化仪表技术的发展 4

1.3.2 计算机在工业生产控制中的应用 6

1.4 工业生产过程自动化 6

1.4.1 常规控制 7

1.4.2 先进控制 8

1.4.3 优化 9

1.4.4 决策调度 9

思考题与习题1 10

2 控制系统组成及性能指标 11

2.1 控制系统组成 11

2.1.1 控制系统组成 11

2.1.2 控制系统的方框图 13

2.2 控制性能指标 15

2.2.1 控制系统的稳态和动态 15

2.2.2 阶跃输入和过渡过程的形式 15

2.2.3 控制系统的性能指标 16

思考题与习题2 18

3 过程动态特性与建模 20

3.1 典型被控过程 20

3.1.1 自衡的非振荡过程 20

3.1.2 无自衡的非振荡过程 21

3.1.3 有自衡的振荡过程 21

3.1.4 具有反向特性的过程 21

3.2 系统被控变量的选择 22

3.3 广义对象各环节特性对控制品质的影响 24

3.3.1 增益（放大系数）K的影响 24

3.3.2 时间常数T的影响 25

3.3.3 时滞τ的影响 25

3.3.4 操纵变量的选择 26

3.4 过程建模 26

3.4.1 过程建模目的和要求 26

3.4.2 机理建模方法及举例 27

3.4.3 测试法建模 32

思考题与习题3 37

4 测量变送环节和执行器 39

4.1 在系统设计时对测量变送环节的考虑 39

4.1.1 关于测量误差 39

4.1.2 测量信号的处理 40

4.2 控制阀环节在控智系统设计中的考虑 41

4.2.1 控制阀概述 41

4.2.2 流量特性和阀门增益 42

4.2.3 流量特性的选择 44

4.2.4 非线性补偿的其他方法 49

4.2.5 阀门定位器的使用 49

4.3 其他执行器 51

4.3.1 执行电动机 51

4.3.2 液压传动和液压伺服系统 56

思考题与习题4 57

5 常规控制器的选型、整定和系统投运 59

5.1 三类常规控制器 59

5.1.1 比例控制器 59

5.1.2 比例积分控制器 59

5.1.3 比例积分微分控制器 62

5.1.4 积分饱和及其防止 63

5.2 控制规律的选取 63

5.3 控制器参数整定 64

5.4 控制系统的投运 67

思考题与习题5 67

6 串级控制系统 69

6.1 基本原理和结构 69

6.1.1 串级控制系统概念 69

6.1.2 方块图及常用名词 69

6.2 串级控制系统分析 70

6.2.1 临界频率和临界增益 70

6.2.2 关于系统的鲁棒性（Robust） 72

6.2.3 对分析的归纳 73

6.3 串级控制系统设计 73

6.3.1 副变量的选择 73

6.3.2 主、副控制器的选型 74

6.3.3 主副控制器正、反作用选择 74

6.3.4 防只分饱和 74

6.3.5 串级系统投运及参数整定 75

6.4 串级控制系统举例 76

6.4.1 控制问题与方案设计 76

6.4.2 仿真模型的建立 77

6.4.3 串级系统PID参数整定 78

6.4.4 串级控制与单回路控制的比较 79

思考题与习题6 81

7 前馈及比值控制 83

7.1 前馈控制系统的原理和特点 83

7.1.1 前馈控制和不变性原理 83

7.1.2 前馈控制系统的特点 85

7.2 前馈控制系统的几种结构形式 85

7.2.1 静态前馈 85

7.2.2 动态前馈 86

7.2.3 前馈-反馈控制系统 87

7.2.4 前馈-串级控制系统 88

7.2.5 多变量前馈控制 89

7.2.6 用计算机实施前馈控制 91

7.3 比值控制系统 92

7.3.1 比值控制概述 92

7.3.2 定比值控制系统 93

7.3.3 变比值控制系统 95

7.3.4 比值控制系统的实施 96

7.3.5 比值控制系统的设计、投运及整定 98

7.3.6 比值控制系统中的若干问题 99

思考题与习题7 101

8 特殊控制系统 104

8.1 均匀控制系统 104

8.1.1 均匀控制的由来 104

8.1.2 怎样来实现均匀控制 105

8.1.3 均匀控制参数工程整定 108

8.2 选择性控制系统 109

8.2.1 超驰控制系统 109

8.2.2 其他选择性控制系统 111

8.3 分程控制系统 112

8.4 阀位控制（VPC）系统 116

思考题与习题8 117

9 系统磁联与解耦控制 120

9.1 系统联分析 120

9.1.1 系统关联分类 120

9.1.2 关联系统的稳定性分析 121

9.1.3 系统关联分析举例 123

9.2 相对增益 125

9.2.1 相对增益阵定义 125

9.2.2 相对增益的求取方法 127

9.2.3 控制回路的选择原则 131

9.2.4 动态相对增益 134

9.3 解耦控制设计方法 135

9.3.1 减少和消除耦合的方法 135

9.3.2 对角矩阵解耦设计方法 139

思考题与习题9 148

10 计算机控制系统 150

10.1 计算机控制系统概述 150

10.1.1 信号采集与变换 152

10.1.2 信号处理与数据滤波 154

10.1.3 计算机控制软件 156

10.2 PID控制算法 157

10.2.1 数字PID控制算式 157

10.2.2 数字PID改进算式 159

10.2.3 数字PID控制的实现 161

10.2.4 数字PID控制器参数整定 163

10.3 DCS（Distributed Control System）系统 164

10.3.1 DCS概念 164

10.3.2 JX-300X系统结构 165

10.3.3 JX-300X系统软件 169

思考题与习题10 171

11 纯滞后补偿和内模控制 173

11.1 史密斯（Smith）预估算法 173

11.2 内模控制 177

11.2.1 控制系统方块图和理想控制器 177

11.2.2 实际内模控制器 178

11.2.3 内模控制器与反馈控制器关系 179

11.2.4 内模控制的离散算式 180

11.3 内模控制的应用 181

思考题与习题11 183

12 模型预算控制算法 185

12.1 模型预算控制的主要特征 185

12.2 几种常见的模型预算控制算法 186

12.2.1 模型算法控制 186

12.2.2 动态矩阵控制 189

12.2.3 多变量约束过程的模型预控制 192

12.3 预测控制举例 193

12.3.1 四储罐关联实验装置 193

12.3.2 预测控制的应用 195

12.4 模型预测控制的工业应用举例 197

思考题与习题12 200

13 自适应、鲁棒与推断控制 201

13.1 自适应控制 201

13.1.1 增益调度自适应控制 201

13.1.2 模型参考自适应控制 203

13.1.3 实时参数估计 204

13.1.4 自校正控制 207

13.2 自整定PID控制 210

13.2.1 模式识别法 210

13.2.2 基于继电反馈的参数自整定 211

13.3 鲁棒控制 215

13.3.1 基本概念 215

13.3.2 对象的不确定性描述 217

13.3.3 信号对系统的范数 218

13.3.4 不确定系统的鲁棒稳定性 220

13.3.5 鲁棒控制器的设计 221

13.4 软测量技术和推断控制系统 222

13.4.1 软测量技术 222

13.4.2 推断控制系统 225

思考题与习题13 229

14 非线性过程控制 230

14.1 非线性过程特点 230

14.2 非线性补偿方法 232

14.3 pH中和过程控制 237

14.3.1 pH中和过程的滴定曲线 237

14.3.2 pH中和过程的动态模型 238

14.3.3 pH过程的典型控制系统 239

思考题与习题14 244

15 智能控制方法 245

15.1 模糊控制 245

15.1.1 模糊逻辑基础 245

15.1.2 模糊控制系统组成 250

15.1.3 模糊控制器设计 253

15.2 神经网络控制 256

15.2.1 神经网络概念 256

15.2.2 神经网络控制 259

15.3 专家控制 261

15.3.1 专家系统概述 261

15.3.2 专家控制系统 262

15.3.3 专家控制器 264

思考题与习题15 267

16 监督控制 268

16.1 监督控制概述 268

16.2 在线优化控制 269

16.2.1 最优化 269

16.2.2 最优化技术 271

16.2.3 最优操作工况 272

16.3 最优化问题的实施技术 274

16.4 统计过程控制 278

16.4.1 统计过程的基本原理 278

16.4.2 单变量统计过程描述及模型 279

16.4.3 统计控制图 281

思考题与习题16 283

17 流体输送设备的控制 285

17.1 尕及泵缩机的控制方案 286

17.1.1 泵和管路系统的静态特性及泵的控制方案 286

17.1.2 离心式压缩机的控制方案 289

17.2 离心式压缩机的防喘振控制 290

17.2.1 离心式压缩机的特性曲线与喘振 290

17.2.2 引起喘振的因素 292

17.2.3 喘振的极限线方程及安全操作线 292

17.2.4 防喘振控制系统 293

思考题与习题17 296

18 传热设备的控制 297

18.1 概述 297

18.1.1 传热设备的结构类型 297

18.1.2 热量传递的三种方式 297

18.1.3 传热设备的动态特点 300

18.2 对象的静态数学模型 300

18.2.1 对象静态模型的基本方程式 301

18.2.2 对象的静态增益 302

18.3 对象的动态数学模型 303

18.3.1 集中参数对象 303

18.3.2 分布参数对象 304

18.4 换热器的控制 306

18.5 加热炉的控制 308

18.5.1 加热炉的单回路控制方案 308

18.5.2 加热炉的串级控制方案 310

18.5.3 安全联锁保护系统 313

思考题与习题18 315

19 精馏过程的控制 316

19.1 精馏塔的控制目标 316

19.1.1 质量指标 316

19.1.2 产品产量和能量消耗 317

19.2 精馏塔的静态性和动态特性 317

19.2.1 精馏塔的静态特性 318

19.2.2 动态影响分析 321

19.3 精馏塔质量指标的选取 322

19.3.1 灵敏板的温度控制 322

19.3.2 温差控制 322

19.3.3 双温差控制 323

19.4 精馏塔的基本控制方案 324

19.4.1 物料平衡控制 325

19.4.2 控制一端产品质量 328

19.4.3 按塔顶塔底两端质量指标控制 332

19.5 先进控制应用示例：原油蒸馏塔的多变量预测控制 334

19.5.1 工艺概况 334

19.5.2 常压塔的多变量约束控制问题 335

19.5.3 多变量过程的约束预测控制 336

19.5.4 常压塔先进控制系统的运行结果 337

思考题与习题19 338

20 化学反应过程控制 340

20.1 化学反应过程 340

20.1.1 化学反应器的类型 340

20.1.2 化学反应的基本规律 342

20.2 化学反应器的动态数学模型 346

20.2.1 基本动态方程式 346

20.2.2 非线性模型的线性化 348

20.2.3 反应器的热稳定性 349

20.3 反应器的基本控制方案 351

20.3.1 概述 351

20.3.2 温度被控变量的选择 352

20.3.3 以温度作为控制指标的控制系统 354

20.4 几种典型反应器的控制方案 357

20.4.1 聚合反应釜的控制 357

20.4.2 合成氨过程的控制 360

思考题与习题20 366

21 间歇生产过程控制 367

21.1 间歇生产过程概述 367

21.1.1 间歇生产 367

21.1.2 间歇生产过程的特点 368

21.2 间歇生产过程控制 368

21.2.1 间歇生产的控制要求 368

21.2.2 间歇控制模型 369

21.2.3 间歇生产过程控制 370

21.3 优化工艺与操作 376

21.3.1 约翰逊（Johnson）算法 377

21.3.2 多产品的生产排序 377

思考题与习题21 381

22 炼油工业生产过程控制 382

22.1 炼油工业概述 382

22.2 常减压生产过程控制 383

22.2.1 常减压蒸馏工艺流程简介 383

22.2.2 常减压蒸馏常规过程控制 384

22.2.3 常减压蒸馏的先进控制 385

22.3 催化裂化 388

22.3.1 工艺流程简述 388

22.3.2 FCCU反应再生系统常规控制 389

22.3.3 FCCU先进控制 389

22.4 催化重整 393

22.4.1 催化重整工艺流程概述 393

22.4.2 催化重整过程的控制 395

22.5 油品调合 398

22.5.1 油品调合过程简介 398

22.5.2 调合控制 399

思考题与习题22 403

23 火力发电生产过程的控制 405

23.1 锅炉控制 405

23.1.1 汽包水位的控制 406

23.1.2 燃烧控制系统 410

23.1.3 过热蒸汽温度控制 414

23.2 汽轮控制 415

23.2.1 轮机监控任务 415

23.2.2 转速自动控制 416

23.2.3 中间再热式汽轮机的控制 417

23.3 机炉协调控制 418

23.3.1 炉跟机运行方式 419

23.3.2 机跟炉运行方式 419

23.3.3 机炉协调控制 419

思考题与习题23 420

24 计算机综合集成控制 422

24.1 计算机集成控制概述 422

24.1.1 流程工业生产过程运作特点 422

24.1.2 计算机综合集成控制 423

24.2 信息源与信息集成系统 424

24.2.1 企业信息和数据来源 424

24.2.2 信息分类与编码 425

24.2.3 企业信息系统综合集成技术 426

24.3 数据校正技术 427

24.3.1 概述 427

24.3.2 数据校正原理 428

24.3.3 过失误差的侦破原理 428

24.3.4 过程数据校正技术的工程应用实施 429

24.3.5 一个炼油厂的物流数据校正工业应用实例 430

24.4 信息（数据）驱动下流程工业的运作 432

24.4.1 企业运行概述 432

24.4.2 企业决策功能 432

24.4.3 期望目标（运行）实施 433

24.4.4 数据驱动下的企业运行 433

思考题与习题24 435

参考文献 436