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第1章 绪论 1

1.1 过程控制的发展概况及特点 1

1.1.1 过程控制的发展概况 1

1.1.2 过程控制系统的特点 3

1.1.3 过程控制的主要内容 4

1.2 过程控制系统的组成及分类 4

1.2.1 过程控制系统的组成 6

1.2.2 过程控制系统的分类 7

1.3 过程控制系统的两种表示形式 9

1.3.1 方框图 9

1.3.2 管道及仪表流程图 11

1.4 过程控制系统的性能指标及要求 14

1.4.1 过程控制系统的过渡过程 14

1.4.2 过程控制系统的性能指标 15

1.4.3 过程控制的要求 17

思考题与习题 18

第2章 过程检测仪表与执行器 19

2.1 过程检测仪表 20

2.1.1 过程检测的概念及特点 20

2.1.2 温度的检测与变送 26

2.1.3 压力的检测与变送 34

2.1.4 流量的检测与变送 38

2.1.5 物位的检测与变送 44

2.2 执行器 46

2.2.1 执行机构 46

2.2.2 调节机构 47

2.2.3 调节阀的流量特性 48

2.2.4 气动执行器的气开、气关形式 53

2.2.5 电-气转换器 54

2.2.6 阀门定位器 54

2.2.7 执行器的选择与安装 56

2.3 安全栅 57

2.3.1 安全防爆的基本概念 57

2.3.2 安全火花防爆系统 57

2.3.3 安全栅的工作原理 58

思考题与习题 61

第3章 工业过程数学模型 62

3.1 工业过程模型概述 62

3.2 工业过程静态模型 63

3.2.1 机理模型 63

3.2.2 统计模型 65

3.3 工业过程动态模型 68

3.3.1 动态数学模型的作用和要求 68

3.3.2 动态数学模型的类型 69

3.3.3 建立动态数学模型的途径 69

3.3.4 工业过程动态机理模型 71

3.3.5 过程辨识与参数估计 81

3.3.6 典型过程动态数学模型 96

思考题与习题 98

第4章 简单控制系统 101

4.1 简单控制系统组成 101

4.2 简单过程控制系统设计 103

4.2.1 控制系统设计步骤 104

4.2.2 设计中需要注意的问题 105

4.2.3 被控变量的选择 106

4.2.4 操纵变量的选择 107

4.2.5 检测变送环节对系统的影响 108

4.2.6 控制阀的选择 110

4.2.7 控制器控制规律的选择及正反作用的确定 113

4.3 控制系统的投运 121

4.3.1 投运前的准备工作 121

4.3.2 控制系统的投运次序 122

4.4 控制系统参数整定 122

4.4.1 经验法 123

4.4.2 临界比例度法 123

4.4.3 衰减曲线法 125

4.4.4 响应曲线法 125

思考题与习题 126

第5章 常用复杂控制系统 129

5.1 串级控制系统 130

5.1.1 串级控制系统的基本结构和工作原理 130

5.1.2 串级控制系统的特点和效果分析 132

5.1.3 串级控制系统的设计 134

5.1.4 控制器的选型和参数整定 138

5.1.5 串级控制系统的应用实例 140

5.2 大滞后控制系统 141

5.2.1 概述 141

5.2.2 纯滞后补偿原理 141

5.2.3 史密斯预估控制的实现 143

5.3 前馈控制系统 145

5.3.1 前馈控制的原理及特点 145

5.3.2 静态前馈控制 146

5.3.3 动态前馈控制 148

5.3.4 前馈-反馈控制 148

5.3.5 前馈控制的应用 150

5.4 比值控制系统 151

5.4.1 比值系统的基本原理和类型 151

5.4.2 比值系数的计算 154

5.4.3 比值控制系统的设计 155

5.4.4 比值控制系统的参数整定 156

5.4.5 比值控制系统的应用实例 156

5.5 选择性控制系统 158

5.5.1 选择性控制基本原理 158

5.5.2 选择性控制系统的类型 159

5.5.3 选择性控制系统的设计问题 161

5.5.4 选择性控制系统应用实例 163

5.6 分程控制系统 164

5.6.1 分程控制的工作原理和类型 164

5.6.2 分程控制系统的设计 166

5.6.3 分程控制系统的应用 168

5.7 双重控制系统 169

5.7.1 基本原理 169

5.7.2 双重控制系统性能分析 171

5.7.3 系统设计和实施中的问题 173

5.7.4 双重控制系统应用实例 173

5.8 差拍控制系统 174

5.8.1 差拍控制系统概述 174

5.8.2 最小拍控制算法 176

5.8.3 大林控制算法 176

5.8.4 V.E．控制算法 177

5.9 均匀控制系统 177

5.9.1 均匀控制原理 177

5.9.2 均匀控制的实现方案 178

5.10 非线性过程控制系统 180

5.10.1 常见非线性环节 180

5.10.2 非线性增益补偿 182

5.10.3 非线性PID调节器 186

思考题与习题 187

第6章 先进过程控制技术 189

6.1 预测控制 189

6.1.1 简单预测控制 189

6.1.2 模型预测控制 190

6.1.3 动态矩阵控制 192

6.1.4 广义预测控制 194

6.2 自适应控制 195

6.2.1 简单自适应控制 195

6.2.2 变增益自适应控制 196

6.2.3 模型参考自适应控制 197

6.2.4 自校正控制 199

6.3 解耦控制 201

6.3.1 系统间的关联 202

6.3.2 解耦控制 204

6.4 模糊控制 207

6.4.1 模糊逻辑基础 207

6.4.2 模糊控制系统 209

6.5 神经网络控制 210

6.5.1 神经网络概述 211

6.5.2 神经网络控制 214

6.6 专家系统控制 216

6.6.1 专家控制系统概述 216

6.6.2 专家系统建造 219

6.7 工业过程综合自动化系统 222

6.7.1 综合自动化系统的组成结构 222

6.7.2 综合自动化系统的特性 223

6.7.3 综合自动化系统的工业过程应用与发展趋势 224

思考题与习题 225

第7章 典型过程单元控制 227

7.1 过程设备的位置控制 227

7.1.1 液压位置控制 227

7.1.2 电机位置控制 228

7.2 流体输送设备的控制 229

7.2.1 泵的控制 230

7.2.2 变频调速器的应用 233

7.2.3 压缩机的控制 234

7.3 传热设备的控制 235

7.3.1 传热设备的稳态数学模型 235

7.3.2 一般传热设备的控制 238

7.3.3 传热设备的热焓与热量控制方案 241

7.4 工业窑炉的控制 242

7.4.1 玻璃窑炉的控制 242

7.4.2 燃烧式工业窑炉的控制 245

7.4.3 水泥窑炉的控制 247

7.5 化学反应器的控制 247

7.5.1 化学反应器的控制要求 247

7.5.2 化学反应器的热稳定性 248

7.5.3 化学反应器的基本控制策略 250

7.5.4 化学反应器的基本控制方案 251

思考题与习题 256

第8章 典型工艺流程转炉炼钢过程控制 257

8.1 转炉炼钢工艺与设备 257

8.1.1 转炉炼钢的原材料和设备 257

8.1.2 转炉炼钢冶炼过程概述 258

8.1.3 转炉炼钢的基本工艺制度 259

8.1.4 转炉炼钢的控制技术 260

8.1.5 转炉炼钢的静态控制 260

8.1.6 转炉炼钢的动态控制 260

8.1.7 转炉炼钢的全自动控制 261

8.2 转炉模型计算机系统配置 262

8.2.1 系统设计原则 262

8.2.2 计算机控制系统结构 262

8.2.3 系统结构说明 264

8.2.4 系统软件配置 265

8.2.5 硬件设备表 265

8.3 系统功能 266

8.3.1 冶炼计划 266

8.3.2 入炉物料浏览 266

8.3.3 冶炼过程监控 267

8.3.4 历史过程查询 268

8.3.5 化学成分监测 268

8.3.6 参数标准设定与调整 268

8.3.7 物料概况浏览 268

8.3.8 设备维护日志 269

8.3.9 报表 269

8.3.10 系统管理 269

8.4 转炉炼钢工艺模型 270

8.4.1 某转炉炼钢二级系统的模型概述 270

8.4.2 某1号转炉静动态模型流程 272

8.4.3 某1号转炉的静态模型 272

8.4.4 静态模型建模原理 272

8.4.5 静态模型建模步骤 273

8.4.6 静态模型的变量 274

8.4.7 静态模型建模的假设 274

8.4.8 静态模型的建立 274

8.4.9 静态模型的计算过程 277

8.5 转炉的动态模型 278

8.5.1 动态模型建模原理 278

8.5.2 动态模型建模步骤 280

8.5.3 动态模型的建立 280

8.6 计算机过程控制 281

8.6.1 某厂1号转炉监控信息 281

8.6.2 某厂1号转炉静态模型计算流程 283

8.6.3 某厂1号转炉动态模型计算流程 284

思考题与习题 286

第9章 典型工艺流程带钢热连轧过程控制 287

9.1 带钢热连轧概述 287

9.1.1 工艺简介 287

9.1.2 设置轧线过程计算机系统的目的 287

9.1.3 轧线过程计算机系统的控制范围 287

9.1.4 过程控制系统的特点 288

9.2 轧线过程计算机的系统结构和网络配置 288

9.2.1 硬件系统网络配置 288

9.2.2 软件平台 289

9.3 计算机过程控制的主要功能 290

9.3.1 物料跟踪 290

9.3.2 初始数据的输入 291

9.3.3 轧辊磨损和热凸度模型 291

思考题与习题 314

第10章 工业过程控制实践 315

10.1 简单过程控制系统 315

10.1.1 控制方案设计 316

10.1.2 检测控制仪表的选用 316

10.2 串级控制系统 316

10.2.1 主、副回路的设计原则 316

10.2.2 主、副回路控制器的选择 317

10.2.3 主、副控制器正反作用的选择 318

10.2.4 串级系统的投运与参数整定 318

10.3 比值控制系统 321

10.3.1 比值控制系统工程应用中的问题 321

10.3.2 比值控制系统的参数整定和投运 322

10.3.3 应用实例 322

10.4 前馈控制系统 323

10.4.1 采用前馈控制系统的条件 323

10.4.2 前馈控制算法 323

10.4.3 前馈补偿装置及偏置的选择 324

10.4.4 前馈控制系统的投运和参数整定 324

10.4.5 应用实例 325

10.5 纯滞后系统 326

10.5.1 纯滞后系统设计 326

10.5.2 应用实例 327

10.6 解耦控制系统 329

思考题与习题 331

参考文献 333