1 自动控制系统概述 1
1.1 自动控制系统的组成 1
目录 1
1.2 系统运行的基本要求 2
1.2.1 系统运行的基本要求 2
1.2.2 闭环与开环 3
1.2.3 正作用与反作用 3
1.3 自动控制系统的分类 3
1.3.1 定值控制系统 3
1.3.2 随动控制系统 3
1.3.3 程序控制系统 3
1.4 自动控制系统的过渡过程和品质指标 4
1.4.1 系统的稳态和动态 4
1.4.2 系统的过渡过程 4
1.4.3 描述系统过渡过程的品质指标 5
1.5.2 拉普拉斯变换 7
1.5 传递函数和方块图 7
1.5.1 问题的引入 7
1.5.3 传递函数 9
1.5.4 方块图 10
1.6 管道及仪表流程图 14
1.6.1 图形符号 14
1.6.2 字母代号 16
1.6.3 仪表位号 16
思考题与习题 17
2 控制系统基本组成环节特性分析 19
2.1 被控对象特性及其对过渡过程的影响 19
2.1.1 被控对象的数学描述方法 19
2.1.2 建立对象数学模型的目的与方法 20
2.1.3 对象机理数学模型的建立 21
2.1.4 描述对象特性的参数及其对过渡过程的影响 25
2.1.5 被控对象特性参数的实验测定方法 27
2.2 测量、变送环节特性及其对过渡过程的影响 29
2.2.1 测量元件 29
2.2.2 变送器 31
2.3 执行器特性及其对过渡过程的影响 31
2.4 控制规律及其对过渡过程的影响 33
2.4.1 双位控制 33
2.4.2 比例控制（P） 35
2.4.3 比例积分控制（P1） 38
2.4.4 比例微分控制（PD） 41
2.4.5 比例积分微分控制（PID） 42
思考题与习题 43
3 过程参数的检测 46
3.1 概述 46
3.1.1 检测过程与测量误差 46
3.1.2 过程参数的一般检测原理 50
3.1.3 变送器的基本特性和构成原理 51
3.1.4 变送器的若干共性问题 53
3.2 压力检测 55
3.2.1 压力的表示方法 55
6 执行器 1 55
3.2.2 压力检测的主要方法和分类 56
3.2.3 液柱式压力检测 56
3.2.4 弹性式压力检测 57
3.2.5 电气式压力检测 62
3.2.6 智能式压力变送器 63
3.2.7 压力检测仪表的选用和安装 65
3.3 温度检测 69
3.3.1 温度检测的主要方法和分类 69
3.3.2 热电偶及其测温原理 69
3.3.3 热电阻及其测温原理 75
3.3.4 温度变送器简介 76
3.3.5 其他温度检测仪表简介 81
3.3.6 温度检测仪表的选用和安装 82
3.4.1 流量检测的主要方法和分类 83
3.4 流量检测 83
3.4.2 节流式流量计 84
3.4.3 转子流量计 86
3.4.4 电磁流量计 88
3.4.5 涡轮流量计 89
3.4.6 旋涡流量计 89
3.4.7 容积式流量计 90
3.4.8 其他流量检测方法 90
3.5.1 物位检测的主要方法和分类 92
3.5 物位检测 92
3.5.2 差压式液位计 93
3.5.3 浮筒式液位计 93
3.5.4 电容式物位计 94
3.5.5 核辐射式物位计 95
3.6 成分和物性参数的检测 95
3.6.1 热导式气体成分检测 95
3.6.2 红外式气体成分检测 96
3.6.3 溶解氧的检测 96
3.6.4 pH值的检测 98
3.6.5 浊度的检测 98
3.7 软测量技术简介 98
思考题与习题 101
4 控制器 103
4.1 模拟调节器 103
4.1.1 概述 103
4.1.2 DDZ-Ⅲ型电动调节器简介 103
4.2 数字式控制器 105
4.2.1 数字式控制器的主要特点 105
4.2.2 数字式控制器的构成原理 105
4.2.3 SLPC可编程调节器 108
思考题与习题 114
5.1.1 计算机控制系统的基本组成 115
5 计算机控制系统 115
5.1 概述 115
5.1.2 计算机控制系统的发展过程 116
5.1.3 计算机控制系统的发展特征 118
5.1.4 离散化PID控制和数字滤波算法 119
5.2 可编程序控制器 121
5.2.1 概述 121
5.2.2 PLC基本组成 122
5.2.3 PLC的基本工作原理 123
5.2.4 PLC的程序设计简介 124
5.3 集散控制系统 129
5.3.1 概述 129
5.3.2 DCS的硬件体系结构 130
5.3.3 DCS的软件系统 134
5.3.4 DCS的组态（开发与生成） 135
5.4.1 现场总线的概述 138
5.4 现场总线控制系统 138
5.4.2 基金会现场总线 141
5.4.3 Profibus现场总线 144
5.4.4 几个具体问题的分析 148
5.5 工业以太网 149
5.5.1 以太网的介质访问控制协议 150
5.5.2 以太网应用于工业现场的关键技术 150
5.5.3 工业以太网的应用 152
思考题与习题 153
6.1 概述 155
6.1.1 执行器在自动控制系统中的作用 155
6.1.2 执行器的构成 155
6.1.3 执行器的分类 155
6.2 执行机构 156
6.2.1 气动执行机构 156
6.1.4 执行器的作用方式 156
6.2.2 电动执行机构 157
6.2.3 智能式电动执行机构 157
6.3 调节机构 158
6.4 调节阀的流量系数和流量特性 160
6.4.1 流量系数 160
6.4.2 流量特性 161
6.4.3 调节阀的可调比 163
6.5 阀门定位器 164
6.5.1 电／气阀门定位器 164
6.5.2 气动阀门定位器 165
6.5.3 智能式阀门定位器 165
6.6 执行器的选择、计算和安装 166
6.6.1 执行器结构形式的选择 166
6.6.2 调节阀流量特性的选择 167
6.6.3 调节阀的口径选择 168
6.6.4 气动调节阀的安装 169
思考题与习题 170
7 简单控制系统 171
7.1 简单控制系统的结构与组成 171
7.2 自动控制的目的及被控变量的选择 172
7.3 对象特性对控制质量的影响及控制变量的选择 174
7.3.1 控制变量与干扰变量 174
7.3.2 对象特性对控制质量的影响 174
7.3.3 控制变量的选择原则与选择方法 176
7.4 测量滞后对控制质量的影响及测量信号的处理 179
7.4.1 测量滞后对控制质量的影响 179
7.4.2 克服测量滞后的几种方法 180
7.4.3 测量信号的处理 180
7.5 负荷变化对控制质量的影响及调节阀的选择 181
7.6.1 控制规律的选择 182
7.6.2 控制器正、反作用的选择 182
7.6 控制规律的选择 182
7.7 控制系统的投运与参数整定 184
7.7.1 控制系统的投运 184
7.7.2 控制器参数的工程整定 184
思考题与习题 188
8 复杂控制系统 190
8.1 串级控制系统 190
8.1.1 概述 190
8.1.2 串级控制系统的工作过程 192
8.1.3 串级控制系统的特点及应用范围 193
8.1.4 串级控制系统主、副回路的选择 193
8.1.5 主、副控制器控制规律及正、反作用的选择 196
8.1.6 主、副控制器参数的工程整定 198
8.2 均匀控制系统 199
8.2.1 均匀控制的目的 199
8.2.2 均匀控制方案 200
8.3.2 比值控制的类型 201
8.3 比值控制系统 201
8.3.1 概述 201
8.4 选择性控制系统 204
8.4.1 概述 204
8.4.2 选择性控制系统的类型 204
8.4.3 积分饱和及抗积分饱和措施 207
8.5 分程控制系统 208
8.5.1 概述 208
8.5.2 分程控制的应用 209
8.5.3 分程控制系统应用中应注意的几个问题 211
8.6 前馈控制系统 211
8.6.1 概述 211
8.6.2 前馈控制系统的结构 213
8.6.3 前馈控制系统的应用场合 214
8.7 多冲量控制系统 215
思考题与习题 217
9.1.1 系统间的相互关联 220
9 新型控制系统 220
9.1 解耦控制 220
9.1.2 解耦控制 222
9.2 推断控制 224
9.3 自适应控制 225
9.3.1 自适应控制系统的特点与功能 225
9.3.2 自适应控制系统的类型 225
9.4 预测控制 226
9.4.1 预测控制的基本特征 226
9.4.2 预测控制算法的类型 227
9.5 模糊控制 230
9.5.1 模糊控制的基本原理 230
9.5.2 模糊控制的几种方法 232
9.6 神经元网络控制 232
9.6.1 神经元模型 232
9.6.2 人工神经网络 234
9.7.1 智能控制概述 235
9.6.3 神经网络在控制中的应用 235
9.7 智能控制与专家系统 235
9.7.2 智能控制的主要类型 236
9.7.3 专家控制系统 237
9.8 故障检测与故障诊断 238
9.8.1 提高控制系统可靠性的主要方法 238
9.8.2 故障检测与诊断的主要方法 239
思考题与习题 240
10 典型化工单元的控制 241
10.1 化工单元自动控制的一般设计原则 241
10.2 流体输送设备的控制 242
10.2.1 离心泵的控制 242
10.2.2 容积式泵的控制 243
10.2.3 压缩机的控制 243
10.3 传热设备的控制 245
10.3.1 无相变情况下传热设备的控制 246
10.3.2 有相变情况下传热设备的控制 247
10.4化学反应器的自动控制 249
10.4.1 釜式反应器的自动控制 250
10.4.2 固定床反应器的自动控制 250
10.4.3 流化床反应器的自动控制 251
10.4.4 鼓泡床反应器的控制 252
思考题与习题 253
11 计算机控制系统的应用 255
11.1 计算机控制系统的工程设计 255
11.1.1 计算机控制系统的基本设计原则 255
11.1.2 计算机控制系统的工程设计程序 255
11.1.3 计算机控制系统的硬件设计 256
11.1.4 计算机控制系统的软件设计 258
11.2 PLC在啤酒发酵过程中的应用 258
11.2.1 发酵过程的生产工艺和控制要求简介 258
11.2.2 S7 PLC的硬件设计 259
11.2.3 软件设计 261
11.3 DCS在链条锅炉系统中的应用 263
11.3.1 工艺简介 263
11.3.2 系统的主要控制要求 264
11.3.3 系统控制方案分析 264
11.3.4 控制方案在DCS上的实现 265
11.4 FCS在大颗粒尿素装置中的应用简介 270
11.4.1 工艺简介 270
11.4.2 DeltaV系统简介 271
11.4.3 控制要求在FCS上的实现 271
思考题与习题 272
部分习题参考答案 274
附录1 部分压力单位的换算关系 278
附录2 热电偶分度表 278
附录3 热电阻分度表 280
参考文献 282