第一部分 基本概念 2
第1章 过程控制概论 2
1.1典型的过程控制问题 2
1.2实例分析——混合过程 4
1.3过程控制方法分类 6
1.4更复杂的实例分析——精馏塔 7
1.5过程控制功能的多层体系 8
1.6控制系统设计概述 10
小结 12
习题 12
第2章 化工过程的数学模型 15
2.1动态过程模型的原理 15
2.2一般建模原则 17
2.3 自由度分析 21
2.4典型过程的动态模型 23
参考文献 37
2.5动态模型的解及数字仿真的用途 38
小结 39
参考文献 39
习题 40
第二部分 过程的动态特性 50
第3章 拉普拉斯变换 50
3.1特征函数的拉普拉斯变换 50
3.2利用拉普拉斯技术求解微分方程 54
3.3部分分式展开 56
3.4拉普拉斯变换的其他性质 62
3.5瞬态响应示例 65
习题 70
参考文献 70
小结 70
第4章 传递函数和状态空间模型 74
4.1传递函数的推导 74
4.2传递函数的性质 79
4.3非线性模型的线性化 83
4.4状态空间模型和传递函数矩阵模型 88
小结 91
参考文献 92
习题 92
第5章 一阶过程和二阶过程的动态特性 97
5.1标准过程输入 97
5.2一阶过程的响应 100
5.3积分过程的响应 104
5.4二阶过程的响应 106
习题 113
小结 113
参考文献 113
第6章 复杂过程的动态响应特性 120
6.1极点和零点及其对过程响应的影响 120
6.2纯迟延过程 125
6.3高阶传递函数的近似 130
6.4互作用和非互作用过程 133
6.5多输入－多输出过程 135
小结 137
习题 137
第7章 基于过程数据的实验建模 144
7.1基于线性或非线性回归方法的建模 145
7.2利用阶跃响应建立一阶和二阶模型 149
7.3神经网络模型 156
7.4离散时间动态模型 157
7.5基于实验数据辨识离散时间模型 159
小结 163
参考文献 163
习题 164
第三部分 反馈与前馈控制 170
第8章 反馈控制器 170
8.1前言 170
8.2基本控制模式 172
8.3比例积分微分控制器的特性 177
8.4开关控制 180
8.5反馈控制系统的典型响应 180
8.6 PID控制器的数字形式 181
习题 184
小结 184
参考文献 184
第9章 控制系统仪表 187
9.1传感器和变送器 188
9.2最终控制单元 193
9.3传输线 199
9.4仪表的精度 199
小结 204
参考文献 204
习题 205
第10章 控制系统设计概述 209
10.1引言 209
10.2工艺设计对于过程控制的影响 210
10.3过程控制的自由度 212
10.4被控变量、操作变量和被测变量的选择 215
10.5过程安全和过程控制 221
小结 226
参考文献 226
习题 228
第11章 闭环控制系统的动态特性和稳定性 231
11.1方框图表达 231
11.2闭环传递函数 234
11.3简单控制系统的闭环响应 238
11.4闭环控制系统的稳定性 245
11.5根轨迹图 253
小结 255
参考文献 255
习题 255
12.1闭环系统的性能指标 264
第12章 aPID控制器的设计、整定和故障诊断 264
12.2基于模型的设计方法 266
12.3控制器整定公式 272
12.4具有双自由度的控制器 279
12.5在线控制器整定 280
12.6常见控制回路的整定指导准则 286
12.7控制回路的故障诊断 288
小结 290
参考文献 290
习题 292
第13章 频率响应分析 297
13.1一阶过程的正弦激励 297
13.2n阶过程的正弦激励 298
13.3伯德图 302
13.4反馈控制器的频率响应特性 311
13.5奈奎斯特图 314
小结 316
参考文献 316
习题 316
第14章 基于频率响应分析的控制系统设计 320
14.1闭环特性 320
14.2伯德稳定性判据 322
14.3奈奎斯特稳定性判据 326
14.4增益和相位裕量 328
14.5闭环频率响应和灵敏度函数 330
14.6鲁棒性分析 334
小结 338
参考文献 338
习题 339
第15章 前馈控制和比值控制 343
15.1前馈控制概述 343
15.2比值控制 345
15.3基于稳态模型的前馈控制器设计 347
15.4基于动态模型的前馈控制器设计 349
15.5稳态设计方法和动态设计方法之间的关系 353
15.6前馈－反馈控制系统的结构 354
15.7前馈控制器的整定 354
小结 356
参考文献 356
习题 356
第四部分 先进过程控制 362
第16章 增强的单回路控制策略 362
16.1串级控制 362
16.2纯迟延补偿 367
16.3推理控制 370
16.4选择性控制／超驰系统 371
16.5非线性控制系统 374
16.6自适应控制系统 380
小结 381
参考文献 382
习题 383
第17章 数字采样、滤波和控制 389
17.1采样与信号重构 389
17.2信号处理和数字滤波 391
17.3数字控制中的z变换分析 396
17.4数字PID控制器的整定 403
17.5数字控制器设计中的直接综合 405
17.6最小方差控制 410
小结 411
参考文献 411
习题 412
第18章 多回路和多变量控制 418
18.1过程耦合与控制回路关联 419
18.2被控变量和操作变量的配对 424
18.3奇异值分析 431
18.4多回路PID控制系统的整定 436
18.5解耦控制与多变量控制策略 436
18.6降低控制回路关联的策略 439
小结 440
参考文献 440
习题 442
第19章 实时优化 450
19.1实时优化的基本要求 451
19.2实时优化问题的表述及求解 454
19.3无约束与约束优化 456
19.4线性规划 459
19.5二次规划和非线性规划 463
小结 466
参考文献 466
习题 467
第20章 模型预测控制 471
20.1模型预测控制概述 471
20.2单输入－单输出模型的预测 473
20.3多输入－多输出模型的预测 480
20.4模型预测控制的计算 482
20.5设定值计算 486
20.6设计参数的选择和整定参数 488
20.7 MPC的实现 493
小结 496
参考文献 496
习题 498
第21章 过程监测 500
21.1传统监测方法 501
21.2质量控制图 503
21.3统计过程控制的拓展 511
21.4多元统计技术 513
21.5控制性能监测 516
小结 517
参考文献 518
习题 519
第22章 间歇过程控制 522
22.1间歇控制系统 523
22.2顺序和逻辑控制 524
22.3间歇生产中的控制 530
22.4 Run-to-Run控制 536
22.5间歇生产管理 537
小结 541
参考文献 541
习题 542
第23章 整厂控制 546
23.1整厂控制问题 546
23.2用于整厂控制研究的假想工厂 548
23.3物料和能量的内部反馈 552
23.4过程设计和控制系统设计的交互作用 562
小结 563
参考文献 563
习题 564
第24章 整厂控制系统设计 566
24.1整厂控制系统设计的一般流程 566
24.2整厂控制系统设计的系统化方法 567
24.3实例分析：包括反应器和闪蒸装置的工厂 570
24.4控制结构对闭环响应性能的影响 583
小结 583
参考文献 584
习题 584
附录A数字过程控制系统：硬件和软件 587
附录B 用于守恒方程的热力学概念综述 599
附录C在过程控制中使用MATLAB软件 602
附录D 围线映像和幅角定理 608
附录E 在整厂控制中用到的动态模型和有关参数 611
中英文术语对照 618