过程控制工程 第4版PDF电子书下载

绪论 1

0.1 过程控制技术的发展与趋势 1

0.2 当前过程控制系统发展的一些主要特点 3

0.3 过程控制工程的研究对象与任务 7

第1章 过程动态数学模型 9

1.1 过程动态特性 9

1.1.1 典型过程动态特性 9

1.1.2 过程特性对控制性能指标的影响 12

1.2 过程动态数学模型概论 14

1.2.1 动态数学模型的作用和要求 14

1.2.2 建立数学模型的基本方法 15

1.3 机理建模方法 17

1.3.1 动态方程的一般列写方法 17

1.3.2 机理模型建立的示例 17

1.4 系统辨识概述 28

1.4.1 辨识的定义 28

1.4.2 辨识算法的基本原理 30

1.4.3 辨识的内容和步骤 31

1.5 非参数模型辨识方法 37

1.5.1 阶跃响应法 37

1.5.2 脉冲响应法 39

1.6 最小二乘类系统辨识方法 42

1.6.1 基本概念 43

1.6.2 最小二乘问题的提法 43

1.6.3 最小二乘问题的解 45

1.6.4 最小二乘参数估计的递推算法 46

习题和思考题 49

第2章 简单控制系统 50

2.1 控制系统组成和控制性能指标 50

2.1.1 控制系统的组成 50

2.1.2 控制系统的控制性能指标 53

2.2 检测变送环节 55

2.2.1 检测变送原理 55

2.2.2 检测变送环节的性能 57

2.2.3 检测变送器的选择原则 57

2.2.4 对检测变送信号的处理 59

2.3 控制阀的选择 61

2.3.1 结构形式及材质的选择 61

2.3.2 口径大小及控制阀作用方式的选择 65

2.3.3 控制阀的流量特性 66

2.3.4 控制阀流量特性的选择 69

2.3.5 阀门定位器的选择 73

2.3.6 其他执行器 74

2.4 控制器的控制算法 75

2.4.1 连续PID控制算法 75

2.4.2 离散PID控制算法 82

2.4.3 双位控制 85

2.5 控制器控制规律选择与参数整定 87

2.5.1 控制器控制规律选择 87

2.5.2 控制器的参数整定若干原则 88

2.5.3 控制器参数工程整定法 89

2.5.4 控制系统的投运 93

2.6 简单控制系统设计案例——干燥器温度控制 94

2.6.1 控制方案设计 94

2.6.2 过程检测控制仪表的选用 95

习题和思考题 97

第3章 复杂控制系统 99

3.1 串级控制系统 99

3.1.1 串级控制系统的基本原理和结构 99

3.1.2 串级控制系统的特点 101

3.1.3 串级控制系统的设计 104

3.1.4 串级控制系统控制器参数整定及投运 107

3.1.5 串级控制系统应用实例 108

3.2 比值控制系统 109

3.2.1 基本原理和结构 109

3.2.2 比值系数的计算 110

3.2.3 比值控制系统设计和工程应用中的问题 112

3.2.4 比值控制系统的参数整定和投运 113

3.2.5 比值控制系统应用实例 113

3.3 均匀控制系统 115

3.3.1 均匀控制系统的基本原理和结构 115

3.3.2 均匀控制系统控制规律的选择及参数整定 117

3.4 前馈控制系统 118

3.4.1 基本原理 118

3.4.2 前馈控制的主要结构形式 119

3.4.3 前馈控制系统的设计及工程实施中若干问题 120

3.4.4 前馈控制系统的投运和参数整定 122

3.4.5 前馈控制系统的应用实例 123

3.5 选择性控制系统 124

3.5.1 基本原理和结构 124

3.5.2 选择性控制系统设计和工程应用中的问题 127

3.5.3 选择性控制系统应用实例 128

3.6 分程控制系统 130

3.6.1 不同工况需要不同的控制手段 131

3.6.2 扩大控制阀的可调范围 132

3.7 双重控制系统 132

3.7.1 基本原理和结构 132

3.7.2 双重控制系统设计和工程应用中的问题 133

3.7.3 双重控制系统应用实例 134

3.8 基于模型计算的控制系统 135

3.8.1 质量流量的控制 135

3.8.2 具有压力补偿的温度控制 136

习题和思考题 137

第4章 流体输送设备的流量控制 139

4.1 概述 139

4.2 泵与压缩机的流量控制 139

4.2.1 离心泵的流量控制 139

4.2.2 容积式泵的流量控制 142

4.2.3 风机的控制 143

4.2.4 压缩机的控制 144

4.2.5 变频调速器的应用 146

4.3 离心式压缩机的防喘振控制 146

4.3.1 离心式压缩机的喘振 146

4.3.2 防喘振控制系统 147

4.3.3 应用实例 152

习题和思考题 156

第5章 传热设备的控制 158

5.1 传热设备的特性 158

5.1.1 传热过程的两个基本方程式 159

5.1.2 换热器静态特性的基本方程式 160

5.1.3 换热器的静态放大系数 161

5.1.4 控制方案的分析 162

5.2 一般传热设备的控制 163

5.2.1 调节载热体流量 163

5.2.2 调节载热体的汽化温度 164

5.2.3 将工艺介质分路 165

5.2.4 控制传热面积 166

5.3 传热设备的热焓与热量控制方案 167

5.3.1 热焓控制 167

5.3.2 热量控制 168

5.4 锅炉设备的控制 169

5.4.1 锅炉汽包水位的控制 170

5.4.2 锅炉燃烧系统的控制 175

5.4.3 蒸汽过热系统的控制 179

5.5 管式加热炉的控制 180

5.5.1 加热炉的简单控制 181

5.5.2 加热炉的串级控制系统 182

5.5.3 安全联锁保护系统 183

5.5.4 加热炉的热效率控制 184

5.6 蒸发器的控制 186

5.6.1 蒸发器的特性 187

5.6.2 蒸发器的主控制回路 187

5.6.3 蒸发器的辅助控制回路 189

5.7 工业窑炉的控制 190

5.7.1 玻璃窑炉的控制 190

5.7.2 燃烧式工业窑炉的控制 192

5.7.3 水泥窑炉的控制 195

习题和思考题 196

第6章 精馏塔的控制 198

6.1 概述 198

6.1.1 精馏过程的分类 198

6.1.2 精馏塔的控制要求 201

6.1.3 精馏塔的扰动分析 201

6.2 精馏塔的特性 202

6.2.1 精馏塔的静态特性 202

6.2.2 精馏塔的动态特性 208

6.3 精馏塔产品质量指标选择 209

6.3.1 采用温度作为间接质量指标 210

6.3.2 采用压力补偿的温度作为间接质量指标 211

6.4 精馏塔的控制方案选择 214

6.5 精馏塔的基本控制 216

6.5.1 按精馏段指标的控制 216

6.5.2 按提馏段指标的控制 217

6.5.3 精馏塔的压力控制 219

6.6 精馏塔的复杂控制系统方案 222

6.6.1 串级控制系统 222

6.6.2 前馈控制系统 223

6.7 精馏塔的节能控制 223

6.7.1 浮动塔压控制 224

6.7.2 能量的综合利用控制 225

6.7.3 产品质量的“卡边”控制 227

6.7.4 双重控制用于精馏塔节能控制 228

6.7.5 控制两端产品质量 228

6.8 精馏塔的先进控制 233

6.8.1 推断控制 233

6.8.2 软测量——加氢裂化分馏塔航煤干点软测量 236

6.8.3 内回流控制 238

6.8.4 预测控制 240

6.9 精馏塔的优化控制 243

习题和思考题 248

第7章 化学反应器的控制 250

7.1 概述 250

7.1.1 化学反应器的控制要求 250

7.1.2 化学反应器的基本控制策略 251

7.2 化学反应的基本规律 252

7.2.1 化学反应速度 252

7.2.2 化学平衡 253

7.2.3 转化率 254

7.2.4 化学反应器的热稳定性 254

7.3 化学反应器的动态特性 256

7.3.1 化学反应器的基本方程 257

7.3.2 连续搅拌槽式反应器的动态特性 258

7.4 化学反应器的基本控制 259

7.4.1 出料成分的控制 259

7.4.2 反应过程的工艺参数作为间接被控变量 260

7.4.3 pH控制 262

7.4.4 化学反应器的推断控制 263

7.4.5 稳定外围的控制 266

7.4.6 开环不稳定反应器的控制 267

习题和思考题 269

第8章 先进控制技术 270

8.1 差拍控制系统 270

8.1.1 差拍控制的基本原理 271

8.1.2 达林算法 271

8.1.3 V.E.控制算法 272

8.2 纯滞后补偿控制系统 272

8.2.1 Smith预估补偿控制方案 272

8.2.2 自适应史密斯预估补偿控制方案 274

8.2.3 应用实例 275

8.3 解耦控制系统 276

8.3.1 控制回路间的关联 276

8.3.2 相对增益与控制回路选择 276

8.3.3 减少和消除耦合的途径 278

8.3.4 串接解耦控制 280

8.3.5 工业应用实例 282

8.4 模糊控制 284

8.4.1 模糊控制的数学基础 285

8.4.2 模糊控制器的基本结构 286

8.4.3 模糊控制器设计实例 289

8.5 神经网络控制 292

8.5.1 人工神经元和人工神经网络 292

8.5.2 典型神经网络 295

8.5.3 神经网络建模 297

8.5.4 神经网络控制 299

8.6 专家控制 301

8.6.1 专家系统 301

8.6.2 专家控制 302

8.7 基于模型的预测控制 305

8.7.1 预测控制基本原理 306

8.7.2 预测控制算法 307

8.7.3 预测控制软件包的发展 309

8.8 推断控制与软测量技术 310

8.8.1 推断控制 310

8.8.2 软测量技术 314

8.9 自适应控制和鲁棒控制 319

8.9.1 自适应控制概述 319

8.9.2 自整定调节器 320

8.9.3 模型参考型自适应控制系统 322

8.9.4 自校正控制系统 323

8.9.5 自适应控制工业应用实例 324

8.9.6 鲁棒控制 325

8.10 现场总线控制系统 326

8.10.1 现场总线控制系统的主要特点 326

8.10.2 现场总线控制系统 327

8.11 综合自动化系统 331

8.11.1 综合自动化的意义 331

8.11.2 综合自动化系统的特点 333

8.11.3 工业生产过程计算机集成控制系统的构成 334

习题和思考题 334

第9章 工业生产过程监控与操作优化 336

9.1 工业生产过程监控技术 336

9.1.1 过程监控的意义 336

9.1.2 过程监控的一般步骤 337

9.2 故障检测诊断与容错控制技术 338

9.2.1 工业生产过程的故障检测与诊断的一些概念 338

9.2.2 故障检测与诊断的主要方法 340

9.2.3 工业生产过程容错控制技术 344

9.3 工业生产过程操作优化方法 346

9.3.1 操作优化的概念 346

9.3.2 常用的最优化方法 351

9.3.3 操作优化示例 358

习题和思考题 361

第10章 典型工业生产过程的控制 362

10.1 合成氨过程的控制 362

10.1.1 变换炉的控制 362

10.1.2 转化炉水／碳比控制 363

10.1.3 合成塔的控制 364

10.2 常减压过程的控制 366

10.2.1 常压塔的控制 366

10.2.2 减压塔的控制 368

10.3 催化裂化过程的控制 369

10.3.1 催化裂化过程反应-再生系统的控制 369

10.3.2 裂解气分馏塔的控制 370

10.3.3 吸收-稳定系统的控制 371

10.4 乙烯生产过程的控制 372

10.4.1 裂解过程的控制 373

10.4.2 分离过程的控制 376

10.5 聚合过程的控制 379

10.5.1 聚对苯二甲酸乙二酯（聚酯）过程的控制 379

10.5.2 聚氯乙烯过程的控制 381

10.5.3 聚乙烯过程的控制 383

10.6 生化过程的控制 387

10.6.1 常用生化过程的控制 387

10.6.2 啤酒发酵过程的控制 390

10.7 制浆造纸过程的控制 392

10.7.1 制浆造纸过程浓度与配浆的控制 392

10.7.2 硫酸盐法制浆过程的控制 394

10.8 冶金过程的控制 396

10.8.1 转炉炼钢过程的控制 396

10.8.2 氧化转炉炼钢控制 399

10.8.3 初轧生产过程的控制 401

习题和思考题 403

附录1 工程设计表达与图例符号规定 404

附录2 控制系统设计文件目录 414

附录3 自控专业工程设计用标准及规范 416

参考文献 419