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上篇 过程控制系统 3

第1章过程控制概述 3

1.1过程控制发展概况 3

1.2过程控制的任务及要求 4

1.3过程控制系统的组成、特点及分类 5

1.3.1过程控制系统的组成 5

1.3.2过程控制系统的特点 6

1.3.3过程控制系统的分类 7

1.4过程控制系统的过渡过程和性能指标 9

1.4.1过程控制系统的静态与动态 9

1.4.2过程控制系统的过渡过程 9

1.4.3过程控制系统的性能指标 10

1.5过程控制系统设计概述 12

思考题与习题 15

第2章被控过程的数学模型 16

2.1过程建模的基本概念 16

2.1.1被控过程的数学模型及其作用 16

2.1.2被控过程的动态特性 18

2.1.3被控过程数学模型的建立方法 22

2.1.4被控过程数学模型的类型 23

2.2机理法建模 24

2.2.1机理法的基本原理 24

2.2.2单容过程的数学模型 25

2.2.3双容过程的数学模型 29

2.3实验法建模 32

2.3.1阶跃响应曲线法 33

2.3.2脉冲响应曲线法 39

思考题与习题 40

第3章单回路控制系统 41

3.1单回路控制系统概述 41

3.1.1单回路控制系统的构成 41

3.1.2控制系统的工程表示 42

3.2单回路系统控制方案的设计 44

3.2.1被控参数的选择 45

3.2.2控制参数的选择 45

3.2.3被控参数的测量与变送 51

3.2.4执行器的选择 54

3.2.5调节器控制规律的选择 59

3.2.6调节器正、反作用的确定 72

3.3单回路控制系统的调试 73

3.3.1控制系统的投运 73

3.3.2调节器参数的工程整定 74

3.4常见控制系统分析 80

3.4.1温度控制系统 80

3.4.2压力控制系统 81

3.4.3流量控制系统 81

3.44液位控制系统 82

3.45成分控制系统 82

3.5单回路控制系统设计实例 83

3.5.1喷雾式干燥设备控制系统的设计 83

3.5.2储槽液位控制系统设计 86

思考题与习题 88

第4章 串级控制系统 89

4.1串级控制系统的基本概念 89

4.1.1串级控制系统的结构 89

4.1.2串级控制系统的工作过程 91

4.2串级控制系统的特点 92

4.3串级控制系统的适用场合 97

4.4串级控制系统的设计与应用 98

4.4.1主、副被控参数的选取 98

4.4.2控制参数的选择 102

4.4.3主、副调节器调节规律的选择 102

4.4.4主、副调节器正、反作用方式的选择 102

4.5串级控制系统的整定 104

思考题与习题 106

第5章 比值控制系统 108

5.1比值控制系统概述 108

5.2比值控制系统的类型 109

5.2.1开环比值控制系统 109

5.2.2单闭环比值控制系统 109

5.2.3双闭环比值控制系统 110

5.2.4变比值控制系统 111

5.2.5串级和比值控制组合的系统 112

5.2.6具有逻辑关系的比值控制系统 112

5.3比值控制系统的设计 114

5.3.1主、副流量的确定 114

5.3.2控制方案的选择 114

5.3.3调节器控制规律的确定 114

5.3.4流量变送器的选用 115

5.3.5比值系数的计算 115

5.3.6比值控制系统中的非线性补偿 116

5.3.7比值控制系统中的动态补偿 117

5.3.8比值控制系统的实现 117

5.4比值控制系统的整定 118

5.5比值控制系统的应用实例 119

思考题与习题 121

第6章 前馈控制系统 122

6.1前馈控制的基本原理 122

6.2前馈控制系统的特点 124

6.3前馈控制系统的结构形式 125

6.3.1静态前馈控制系统 125

6.3.2动态前馈控制系统 126

6.3.3前馈-反馈控制系统 127

6.3.4前馈-串级控制系统 129

6.4前馈控制规律及其实施 130

6.4.1常用前馈调节器模型 130

6.4.2前馈控制规律的实施 131

6.5前馈控制系统的选用原则及系统设计 132

6.5.1前馈控制系统的选用原则 132

6.5.2前馈控制系统的设计 132

6.6前馈控制系统的应用实例 134

6.6.1锅炉汽包水位控制系统 134

6.6.2蒸发过程浓度控制系统 135

思考题与习题 136

第7章 选择性控制系统 137

7.1选择性控制系统概述 137

7.2选择性控制系统的类型 138

7.2.1开关型选择性控制系统 138

7.2.2连续型选择性控制系统 139

7.2.3混合型选择性控制系统 142

7.3选择性控制系统的设计 143

7.4积分饱和及其防止措施 144

思考题与习题 144

第8章 其他控制系统 145

8.1均匀控制系统 145

8.1.1均匀控制的原理及特点 145

8.1.2均匀控制系统的设计 147

8.1.3均匀控制系统的整定 149

8.2分程控制系统 150

8.2.1分程控制系统概述 150

8.2.2分程控制系统的设计 152

8.2.3分程控制的工业应用及实例 152

8.3阀位控制系统 156

8.3.1问题的推出及系统特点 156

8.3.2阀位控制系统的结构及工作原理 156

8.3.3阀位控制系统的设计 158

思考题与习题 159

第9章 过程控制系统的设计实例 161

9.1火电厂锅炉过程控制系统设计 161

9.1.1工艺过程概述 161

9.1.2锅炉控制的要求及主要控制系统 164

9.1.3锅炉汽包水位控制 165

9.1.4过热蒸汽温度控制 168

9.1.5锅炉燃烧过程控制 169

9.2流体输送设备过程控制系统设计 173

9.2.1离心泵控制系统 173

9.2.2容积式泵控制系统 176

9.2.3离心式压缩机控制系统 176

9.3钢坯加热炉过程控制系统设计 180

9.3.1工艺过程概述 180

9.3.2控制要求 181

9.3.3主要控制系统 181

思考题与习题 184

下篇 过程计算机控制 187

第10章 计算机控制系统概述 187

10.1计算机控制系统的原理 187

10.2计算机控制系统的组成 188

10.3计算机控制系统的分类 190

思考题与习题 194

第11章 直接数字控制系统 195

11.1直接数字控制系统概述 195

11.2过程输入、输出通道技术 196

11.2.1过程输入、输出通道技术概述 196

11.2.2模拟量输入通道 197

11.2.3模拟量输出通道 203

11.2.4数字量输入、输出通道 204

11.2.5过程输入、输出板卡（或模块）的选择 206

11.3数字滤波与数据处理 207

11.3.1数字滤波 208

11.3.2标度变换 212

11.4数字PID控制技术 217

11.4.1理想微分PID控制算法 218

11.4.2实际微分PID控制算法 220

11.4.3数字PID控制算法的改进 223

11.4.4数字PID控制算法的实现 228

11.4.5数字PID控制参数的整定 230

11.5数字控制系统的设计与实现 233

11.5.1单回路控制系统 233

11.5.2串级控制系统 236

11.5.3前馈控制系统 239

11.6数字控制器的直接设计方法 240

11.6.1数字控制器的离散化设计方法 240

11.6.2最少拍随动系统设计 241

11.6.3纯滞后对象的控制算法 244

11.7监控组态软件 247

11.7.1监控组态软件概述 247

11.7.2监控组态软件的构成及功能 248

11.7.3监控组态软件的应用 250

思考题与习题 255

第12章 集散控制系统 256

12.1集散控制系统概述 256

12.1.1集散控制系统的概念 256

12.1.2集散控制系统的发展历程 257

12.1.3集散控制系统的特点 259

12.2DCS的分散过程控制级 259

12.2.1分散过程控制级的主要装置及其功能 259

12.2.2分散过程控制级的控制软件包 262

12.3DCS的集中操作监控级 264

12.3.1集中操作监控级的主要装置 264

12.3.2集中操作监控级的控制软件包 269

12.4DCS的综合信息管理级 269

思考题与习题 270

第13章 现场总线控制系统 271

13.1现场总线控制系统概述 271

13.1.1FCS的相关概念 271

13.1.2FCS的特点 272

13.2FCS的现场总线 274

13.2.1现场总线的定义 274

13.2.2当前有影响的现场总线 274

13.2.3现场总线的发展现状与趋势 277

13.3FCS的现场控制级 278

13.3.1工厂底层自动化系统及信息集成技术 279

13.3.2传统的现场级与车间级监控系统 279

13.3.3新一代自动化监控系统 280

13.3.4自动化系统自主开发及应用推广的新机遇 282

思考题与习题 283

第14章 计算机控制系统的工程设计 284

14.1计算机控制系统的设计方法 284

14.1.1系统设计的原则与步骤 284

14.1.2系统的工程设计与实现 286

14.2工业锅炉计算机控制系统设计 292

14.2.1工艺过程概述 292

14.2.2工业锅炉采用计算机控制的意义 293

14.2.3工业锅炉计算机控制系统的基本功能 293

14.2.4工业锅炉直接数字控制系统设计 294

14.2.5工业锅炉IPC+PLC控制系统设计 295

思考题与习题 298

参考文献 299