第1章 概论 1
1.1 过程控制概况 1
1.2 过程控制的发展 2
1.3 目前的主要技术和发展方向 5
1.4 思考题 7
参考文献 7
第2章 过程的数学模型 9
2.1 过程动态特性的描述方法 9
2.2 典型过程的动态特性 10
2.2.1 自衡的非振荡环节 10
2.2.2 自衡的振荡环节 11
2.2.3 无自衡的非振荡环节 11
2.2.4 具有反向特性的对象 11
2.2.5 非线性环节 12
2.3 控制系统其他环节的动态特性 13
2.3.1 控制器的特性 13
2.3.2 测量变送环节的特性 14
2.3.3 执行器的特性 14
2.4 过程控制系统的性能指标 15
2.4.1 控制系统的过渡过程 15
2.4.2 控制系统的性能指标 15
2.5 思考题 18
参考文献 18
第3章 过程模型的建模方法 19
3.1 过程模型的基本建模方法 19
3.1.1 概述 19
3.1.2 机理建模 19
3.1.3 辨识建模 21
3.1.4 “灰箱”建模 23
3.1.5 辨识算法的分类 23
3.2 非参数模型测试方法 24
3.2.1 脉冲响应函数 24
3.2.2 阶跃响应函数的辨识算法 24
3.3 参数模型辨识算法 25
3.3.1 最小二乘法的基本原理 25
3.3.2 最小二乘法存在的问题和改进途径 47
3.3.3 增广最小二乘法 47
3.3.4 多步最小二乘法 52
3.3.5 上述三种方法的比较 59
3.4 传递函数模型辨识 59
3.4.1 闭环系统辨识方法 59
3.4.2 MPSEIVI方法对象模型辨识的求解过程 61
3.5 回归分析建模法 63
3.5.1 相关分析 63
3.5.2 多元统计回归分析 64
3.5.3 多元逐步回归方法 68
3.5.4 主元分析法 70
3.5.5 部分最小二乘法 72
3.5.6 基于Chebyshev多项式的部分最小二乘法 75
3.5.7 五种建模方法比较 76
3.5.8 五种建模方法的源程序 81
3.6 思考题 113
参考文献 114
第4章 单回路控制系统 118
4.1 单回路控制系统的组成和分类 118
4.1.1 单回路控制系统的组成 118
4.1.2 单回路控制系统的分类 119
4.2 单回路控制系统比例积分微分（PID）控制 119
4.2.1 比例控制（P控制） 119
4.2.2 比例积分控制（PI控制） 120
4.2.3 比例积分微分控制（PID控制） 121
4.3 单回路控制系统方案选择 122
4.3.1 被控变量的选择 122
4.3.2 操纵变量的选择 122
4.4 单回路控制系统控制阀的选择 127
4.4.1 控制阀口径大小的选择 127
4.4.2 控制阀气开、气闭形式的选择 127
4.4.3 控制阀流量特性的选择 128
4.4.4 控制阀结构形式的选择 129
4.5 单回路控制系统的整定和投运 130
4.5.1 单回路控制系统整定的基本要求 130
4.5.2 参数整定方法 130
4.5.3 控制器参数的自整定 132
4.5.4 控制系统的投运 133
4.6 思考题 134
参考文献 134
第5章 复杂控制系统 135
5.1 串级控制系统 135
5.1.1 串级控制系统的组成 135
5.1.2 副回路的特性 136
5.1.3 系统的设计与实施 137
5.1.4 串级控制系统的整定 138
5.2 比值控制系统 139
5.2.1 常见比值控制系统 140
5.2.2 比值系数的计算 143
5.2.3 比值控制方案的设计 144
5.2.4 比值控制系统的参数整定 145
5.3 均匀控制系统 146
5.3.1 均匀控制问题的提出及特点 146
5.3.2 均匀控制系统的结构形式 148
5.3.3 均匀控制系统控制规律的选择 149
5.3.4 均匀控制系统的参数整定 149
5.3.5 其他需说明的问题 150
5.4 分程控制系统 151
5.4.1 概述 151
5.4.2 分程控制的应用场合 152
5.4.3 分程控制系统控制器参数的整定 154
5.4.4 分程控制中两阀总流量特性的改善 155
5.5 前馈控制系统 156
5.5.1 概述 156
5.5.2 典型前馈控制系统 158
5.5.3 单纯静态前馈控制 159
5.5.4 单纯动态前馈控制 159
5.5.5 前馈-反馈控制 159
5.5.6 前馈控制系统的参数整定 161
5.6 选择性控制系统 163
5.6.1 概述 163
5.6.2 选择性控制系统的类型及应用 164
5.6.3 选择性控制系统的设计 166
5.6.4 抗积分饱和及其措施 167
5.7 思考题 169
参考文献 170
第6章 计算机控制系统 171
6.1 计算机控制系统的类型与算法 171
6.1.1 类型 171
6.1.2 算法 173
6.2 集散控制系统（DCS） 178
6.2.1 功能与特点 178
6.2.2 硬件构成 180
6.2.3 软件结构 183
6.2.4 控制系统设计要素 186
6.3 现场总线控制系统（FCS） 187
6.3.1 功能与特点 187
6.3.2 硬件构成 188
6.3.3 软件结构 188
6.4 安全仪表系统（SIS） 189
6.4.1 功能与特点 189
6.4.2 硬件构成 190
6.4.3 软件结构 191
6.4.4 控制系统设计要素 192
6.5 计算机监控系统 194
6.5.1 计算机监控系统类型 194
6.5.2 监测控制系统的功能 195
6.5.3 监测控制系统要求 196
6.5.4 SCADA的硬件功能 196
6.5.5 SCADA的软件平台 197
6.5.6 SCADA的数据库 198
6.5.7 SCADA的发展 199
6.6 思考题 201
参考文献 201
第7章 先进控制 202
7.1 先进PID控制 202
7.1.1 模型PID控制 202
7.1.2 大纯滞后过程控制 205
7.1.3 自适应PID控制 208
7.1.4 PID参数自整定产品或软件 208
7.2 内模控制 209
7.2.1 内模控制的基本概念 209
7.2.2 实际内模控制器 210
7.2.3 内模控制系统的稳定性分析 211
7.2.4 IMC控制器的性能 213
7.2.5 IMC-PID控制器的设计 216
7.2.6 IMC-PID工程实现 217
7.3 关联分析与解耦控制 218
7.3.1 控制回路间的关联 218
7.3.2 相对增益矩阵 219
7.3.3 减少及消除耦合的方法 221
7.3.4 解耦控制系统 222
7.4 预测控制 223
7.4.1 预测控制的基本原理 224
7.4.2 模型输出预测 225
7.4.3 常用控制算法 226
7.4.4 预测控制的主要优点 227
7.4.5 商品化预测控制软件 228
7.4.6 Aspen DMCplus在乙烯装置上的应用 230
7.5 模糊控制及应用 232
7.5.1 模糊控制技术的发展及应用 232
7.5.2 模糊控制器的原理 233
7.5.3 建立模糊控制规则及进行模糊判决 235
7.5.4 反模糊化 236
7.5.5 模糊控制器的设计 238
7.5.6 模糊控制的工业应用 241
7.6 自适应控制 242
7.6.1 概述 242
7.6.2 最小方差控制 243
7.6.3 自校正调节器算法 245
7.6.4 自校正控制 248
7.7 思考题 249
参考文献 250
第8章 在线优化控制 253
8.1 优化控制 253
8.1.1 优化控制的意义和必要性 253
8.1.2 过程优化技术 253
8.1.3 稳态实时优化 256
8.1.4 动态实时优化——实时优化的新发展 257
8.1.5 过程优化的描述 258
8.1.6 优化算法的种类 259
8.2 NLJ优化算法在过程在线优化控制中的应用 260
8.2.1 NLJ优化算法概述 260
8.2.2 在线优化应用示例 262
8.3 思考题 264
参考文献 265
第9章 企业信息系统 266
9.1 企业信息系统总体解决方案 266
9.1.1 流程工业企业的信息特征 266
9.1.2 流程工业企业信息化整体解决方案综合框架 267
9.2 网络系统 271
9.2.1 网络类型 271
9.2.2 网络体系结构设计 272
9.2.3 设备控制网络设计 274
9.2.4 工程技术和经营管理子网设计 275
9.2.5 主干网设计 276
9.2.6 硬件选型 276
9.2.7 软件配置 277
9.3 数据库系统 277
9.3.1 数据库基本概念 277
9.3.2 数据库设计 278
9.3.3 数据库设计的软件生命周期法 279
9.3.4 数据库设计的一般步骤 280
9.3.5 实时数据库 282
9.4 ERP系统 285
9.4.1 企业资源计划概念 285
9.4.2 ERP核心管理思想 287
9.4.3 ERP系统包含的模块 288
9.5 MIS系统设计 290
9.5.1 MIS的概念 290
9.5.2 MIS的结构、特征 291
9.5.3 MIS的划分 291
9.5.4 MIS的开发 292
9.6 MES系统设计 293
9.6.1 企业MES概念 293
9.6.2 企业MES的内容 294
9.6.3 MES系统的定位模型与功能模块 294
9.7 CIMS体系结构和系统建模方法 296
9.7.1 CIMS的体系结构 297
9.7.2 CIMS系统建模方法 298
9.8 信息系统工程实施 300
9.8.1 信息系统的详细设计 301
9.8.2 信息系统的实施与测试 302
9.9 思考题 303
参考文献 303
第10章 化工单元过程控制 305
10.1 流体输送过程的控制 305
10.1.1 离心泵的控制 305
10.1.2 容积式泵的控制 308
10.1.3 离心式压缩机的控制 308
10.1.4 离心式压缩机的防喘振控制 309
10.1.5 压缩机紧急停车系统 313
10.1.6 长输管线的控制 316
10.2 传热设备的控制 316
10.2.1 传热设备的分类 317
10.2.2 换热器的温度控制 318
10.2.3 蒸汽加热器的温度控制 319
10.2.4 冷凝冷却器的温度控制 320
10.2.5 加热炉的温度控制 320
10.3 精馏过程控制 321
10.3.1 概述 321
10.3.2 精馏塔被控变量的选取 323
10.3.3 精馏塔的常规控制方案 326
10.3.4 精馏塔的先进控制方案 329
10.4 化学反应过程控制 332
10.4.1 化学反应器的类型 332
10.4.2 反应器的热稳定性分析 334
10.4.3 化学反应器的常规控制方案 337
10.4.4 反应器的新型控制方案 340
10.5 间歇生产过程控制 347
10.5.1 间歇生产过程概述 347
10.5.2 间歇生产过程的特点 348
10.5.3 间歇生产过程的控制 350
10.5.4 间歇生产过程的操作和调度优化 353
10.6 思考题 357
参考文献 358
第11章 炼油工业生产过程控制 359
11.1 炼油工业概述 359
11.2 常减压蒸馏生产过程控制 360
11.2.1 加热炉的控制 361
11.2.2 常压塔底液位非线性区域控制 362
11.2.3 支路平衡控制 363
11.2.4 常减压蒸馏装置的先进控制 366
11.3 催化裂化生产过程控制 370
11.3.1 反应-再生系统的控制 371
11.3.2 主分馏塔的控制 372
11.3.3 催化裂化先进控制实例 372
11.4 催化重整生产过程控制 375
11.4.1 原料预处理控制 375
11.4.3 重整反应器控制 376
11.4.3 重整反应器的先进控制 378
11.5 延迟焦化生产过程控制 381
11.5.1 延迟焦化装置的工艺特点 381
11.5.2 焦化炉控制 382
11.5.3 塔顶急冷温度控制 382
11.5.4 焦炭塔切换扰动前馈控制 383
11.5.5 延迟焦化装置的先进控制 384
11.6 油品调合 387
11.6.1 油品调合工艺 387
11.6.2 油品调合控制 388
11.7 思考题 394
参考文献 394
第12章 火力发电过程控制系统与分析 396
12.1 锅炉设备的控制 396
12.1.1 汽包水位控制 396
12.1.2 蒸汽过热系统的控制 396
12.1.3 锅炉燃烧过程的控制 397
12.2 汽轮机控制 398
12.3 汽轮机转速控制 400
12.3.1 概况 400
12.3.2 汽轮机转速控制 401
12.4 机炉协调控制 403
12.4.1 汽轮机控制系统对锅炉汽压对象动态特性的影响 404
12.4.2 机炉协调控制系统 407
12.4.3 自动发电控制 409
12.4.5 AGC控制中的问题 412
12.5 负荷频率控制 413
12.5.1 概述 413
12.5.2 负荷频率控制方法 415
12.5.3 多区域互联电力系统的PI滑模负荷频率控制 420
12.6 思考题 421
参考文献 421
第13章 制浆造纸过程控制 423
13.1 纸浆连续蒸煮过程控制 423
13.1.1 纸浆连续蒸煮的工艺过程 423
13.1.2 蒸煮过程数学模型 424
13.1.3 蒸煮过程工艺优化 428
13.1.4 控制系统结构 428
13.2 纸浆浓度控制 432
13.2.1 制浆造纸过程 432
13.2.2 浓度控制方案 435
13.2.3 制浆-流送部浓度控制对象 439
13.3 浆位模糊PID控制 444
13.3.1 浆池液位的控制 444
13.3.2 PID功能块 444
13.3.3 模糊PID控制 445
13.4 思考题 451
参考文献 451
第14章 啤酒、中药生产与水处理过程控制 453
14.1 啤酒生产过程控制 453
14.1.1 啤酒发酵过程控制技术概述 453
14.1.2 啤酒发酵原理与过程 453
14.1.3 啤酒发酵过程的温度压力控制 455
14.1.4 啤酒生产发酵过程微机控制系统 457
14.1.5 啤酒生产发酵过程现场总线控制系统 459
14.2 中药生产过程控制 463
14.2.1 中药生产过程工艺流程及控制 463
14.2.2 提取工段控制 466
14.2.3 浓缩工段控制 471
14.3 水处理过程控制 474
14.3.1 污水处理过程软测量 474
14.3.2 污水处理厂自动控制系统 477
14.3.3 污水处理过程DO模糊控制 479
14.4 思考题 484
参考文献 484
附录 486
附录A F分布值表 486
附录B t分布表 487