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序 1

前言 1

第1章 绪论 1

1.1 控制理论与过程控制系统的发展状况 1

1.2 过程控制系统简介 5

1.2.1 概述 5

1.2.2 闭环控制与开环控制 7

1.2.3 控制系统的组成及框图 8

1.2.4 控制系统的分类 9

1.3 控制系统的过渡过程 11

1.3.1 稳态与动态 11

1.3.2 控制系统的过渡过程及品质指标 12

1.4 过程控制系统的研究对象与任务 14

习题及思考题 15

第2章 工业过程数学模型 16

2.1 工业过程稳态数学模型 16

2.1.1 机理建模 16

2.1.2 经验模型 17

2.1.3 机理与经验的组合建模 19

2.2 工业过程动态数学模型 19

2.2.1 动态数学模型的作用和要求 19

2.2.2 动态数学模型的类型 20

2.2.3 建立动态数学模型的途径 21

2.2.4 工业过程动态机理模型 23

2.2.5 过程辨识与参数估计 32

2.2.6 典型过程动态数学模型 39

习题及思考题 42

第3章 控制器的控制规律 43

3.1 双位控制 43

3.2 比例控制 45

3.3 积分控制及比例积分控制 47

3.3.1 积分控制 47

3.3.2 比例积分控制 48

3.3.3 积分饱和 50

3.4 微分控制及比例微分控制 51

3.4.1 微分控制 52

3.4.2 比例微分控制 52

3.5 比例积分微分控制 53

3.6 离散比例积分微分控制 55

3.6.1 离散比例积分微分控制算法 55

3.6.2 离散比例积分微分控制算法的特点 56

3.6.3 离散比例积分微分控制算法的改进 56

习题及思考题 58

第4章 简单控制系统 59

4.1 控制系统的组成 59

4.2 简单控制系统的设计 61

4.2.1 控制系统设计概述 61

4.2.2 被控变量与操纵变量的选择 62

4.2.3 检测变送环节选择 64

4.2.4 执行器（气动薄膜控制阀）的选择 66

4.2.5 控制规律及控制器作用方向的选择 73

4.3 简单控制系统的参数整定 75

4.3.1 控制器的参数整定若干原则 75

4.3.2 控制器参数的工程整定法 75

4.4 控制系统的投运 78

4.4.1 投运前的准备工作 78

4.4.2 投运过程 79

4.5 简单控制系统设计案例 79

4.5.1 控制方案设计 79

4.5.2 检测控制仪表的选用 80

习题及思考题 80

第5章 常用复杂控制系统 82

5.1 串级控制系统 82

5.1.1 串级控制系统的基本原理 82

5.1.2 串级控制系统的特点 84

5.1.3 串级控制系统的设计 87

5.1.4 串级控制系统控制器参数的整定 89

5.1.5 串级控制系统的变型 89

5.1.6 串级控制系统的应用实例 91

5.2 比值控制系统 92

5.2.1 比值控制系统的基本原理和主要结构形式 92

5.2.2 比值系数的计算 94

5.2.3 比值控制系统工程应用中的问题 96

5.2.4 比值控制系统的参数整定和投运 97

5.2.5 比值控制系统的应用实例 97

5.3 均匀控制系统 99

5.3.1 均匀控制系统的基本原理和主要结构形式 99

5.3.2 均匀控制系统控制规律的选择及参数整定 100

5.4 前馈控制系统 101

5.4.1 前馈控制系统的基本原理 101

5.4.2 前馈控制系统的主要结构形式 102

5.4.3 前馈控制系统的设计及工程实施中若干问题 103

5.4.4 前馈控制系统的应用实例 105

5.5 选择性控制系统 106

5.5.1 选择性控制系统的基本原理和主要结构形式 106

5.5.2 选择性控制系统设计和工程应用中的问题 109

5.5.3 选择性控制系统的应用实例 110

5.6 分程控制系统 112

5.6.1 不同工况需要不同的控制手段 113

5.6.2 扩大控制阀的可调范围 113

5.7 双重控制系统 114

5.7.1 双重控制系统的基本原理和主要结构形式 114

5.7.2 双重控制系统设计和工程应用中的问题 114

5.7.3 双重控制系统的应用实例 115

5.8 差拍控制系统 116

5.8.1 差拍控制系统的基本原理 116

5.8.2 达林控制算法 116

5.8.3 V.E.控制算法 117

习题及思考题 117

第6章 先进控制技术 119

6.1 基于模型的预测控制 119

6.1.1 预测控制的基本原理 119

6.1.2 预测控制算法 121

6.1.3 预测控制软件包的发展 123

6.1.4 预测控制的工业应用 123

6.2 推断控制 127

6.3 软测量技术 129

6.3.1 软测量技术的基本原理 130

6.3.2 软测量技术的工业应用实例 131

6.4 纯滞后补偿控制 133

6.5 解藕控制 134

6.5.1 系统的关联分析 134

6.5.2 相对增益 135

6.5.3 减少与解除耦合途径 137

6.5.4 串接解藕控制 138

6.5.5 解耦控制系统的工业应用实例 140

6.6 自适应控制 142

6.6.1 简单自适应控制系统 143

6.6.2 模型参考型自适应控制系统 145

6.6.3 自校正控制系统 146

6.7 智能控制 146

6.7.1 专家系统 146

6.7.2 模糊控制 149

6.7.3 神经网络控制 152

6.8 综合自动化 155

6.8.1 综合自动化的意义 155

6.8.2 综合自动化系统的特点 156

6.8.3 综合自动化系统的构成 157

习题及思考题 158

第7章 典型过程单元控制 159

7.1 流体输送设备的控制 159

7.1.1 泵的控制 160

7.1.2 变频调速器的应用 162

7.1.3 压缩机的控制 163

7.1.4 离心式压缩机的防喘振控制系统 164

7.2 传热设备的控制 169

7.2.1 传热设备的稳态数学模型 169

7.2.2 一般传热设备的控制 172

7.2.3 传热设备的热焓与热量控制方案 174

7.3 蒸发器的控制 175

7.3.1 蒸发器的特性 176

7.3.2 蒸发器的主控制回路 176

7.3.3 蒸发器的辅助控制回路 178

7.4 管式加热炉的控制 178

7.4.1 加热炉的简单控制 179

7.4.2 加热炉的串级控制系统 179

7.4.3 加热炉的安全联锁保护系统 180

7.4.4 加热炉的热效率控制 181

7.5 工业窑炉的控制 182

7.5.1 玻璃窑炉的控制 182

7.5.2 燃烧式工业窑炉的控制 185

7.5.3 水泥窑炉的控制 187

7.6 精馏塔的控制 188

7.6.1 精馏塔的控制要求 189

7.6.2 精馏塔的扰动分析 190

7.6.3 精馏塔的特性 191

7.6.4 精馏塔被控变量的选择 195

7.6.5 精馏塔的控制方案 197

7.6.6 精馏塔的先进控制 202

7.6.7 精馏塔的节能控制 208

7.6.8 精馏塔的优化 216

7.7 化学反应器的控制 220

7.7.1 化学反应器的控制要求 220

7.7.2 化学反应器的热稳定性 221

7.7.3 化学反应器的基本控制策略 223

7.7.4 化学反应器的基本控制方案 223

习题及思考题 229

第8章 典型工业生产过程的控制 231

8.1 常减压蒸馏过程的控制 231

8.1.1 常减压蒸馏过程的控制要求和目标 232

8.1.2 减压精馏塔智能多变量控制系统 235

8.2 催化裂化过程的控制 237

8.2.1 催化裂化过程反应-再生系统的控制 237

8.2.2 裂解气分馏塔的控制 238

8.2.3 吸收-稳定系统的控制 239

8.2.4 反应-再生专家系统 240

8.3 乙烯生产过程的控制 242

8.3.1 裂解过程的控制 242

8.3.2 乙烯精馏塔控制 246

8.3.3 乙炔加氢反应器控制 249

8.4 聚合过程的控制 252

8.4.1 聚对苯二甲酸乙二酯（聚酯）生产过程的控制 252

8.4.2 聚氯乙烯生产过程的控制 253

8.4.3 聚乙烯生产过程的控制 255

8.5 生化过程的控制 258

8.5.1 常用生化过程的控制 259

8.5.2 啤酒发酵过程的控制 261

8.5.3 典型生化过程的计算机控制 262

8.6 制浆造纸过程的控制和硫酸盐法制浆过程的控制 264

8.6.1 制浆造纸过程的控制 265

8.6.2 硫酸盐法制浆过程的控制 270

8.7 冶金过程的控制 272

8.7.1 转炉炼钢过程的控制 272

8.7.2 氧化转炉炼钢过程的控制 274

8.7.3 初轧生产过程的控制 277

8.8 电力过程的控制 279

8.8.1 锅炉设备的控制 279

8.8.2 电站锅炉和发电机组的协调控制 288

8.9 化肥生产过程的控制 291

8.9.1 合成氨生产过程的控制 291

8.9.2 尿素生产过程的控制 300

习题及思考题 302

参考文献 303