1过程控制概论 1
1.1控制系统的组成与目标 1
1.1.1控制系统的由来 1
1.1.2控制系统的组成 3
1.1.3过程控制的术语与目标 4
1.2控制仪表与控制装置 5
1.2.1单元组合控制仪表 5
1.2.2计算机控制装置 6
1.3过程控制策略 9
1.3.1反馈控制 9
1.3.2前馈控制 11
1.4反馈控制系统的分类 12
1.5过程控制的任务和要求 13
思考题与习题1 16
2过程动态特性 17
2.1典型工业过程的动态特性 17
2.1.1自衡过程 17
2.1.2非自衡过程 19
2.2机理建模方法 21
2.2.1机理建模的步骤 21
2.2.2常用的方程 21
2.2.3机理建模举例 26
2.3测量变送环节 31
2.3.1关于测量误差 31
2.3.2测量信号的处理 32
2.4控制阀 32
2.4.1控制阀概述 32
2.4.2流量特性和阀门增益 33
2.4.3流量特性的选择 36
2.5广义对象及经验建模方法 38
2.5.1广义对象的概念 38
2.5.2经验建模的步骤 39
2.5.3广义对象的测试法建模 39
思考题与习题2 45
3反馈控制 48
3.1控制系统的性能指标 48
3.1.1以阶跃响应曲线的特征参数作为性能指标 48
3.1.2偏差积分性能指标 50
3.2三种常规的反馈控制模式 51
3.2.1比例控制 51
3.2.2比例积分控制 52
3.2.3比例积分微分控制 55
3.3 PID控制器的选取与整定 56
3.3.1控制器的选型 56
3.3.2 PID参数整定 57
3.3.3 PID参数自整定 60
3.4单回路反馈控制系统的投运 64
思考题与习题3 64
4前馈控制和比值控制 65
4.1前馈控制系统 65
4.1.1前馈控制的基本原理 65
4.1.2前馈控制系统的特点 67
4.2前馈控制系统的结构形式 67
4.2.1静态前馈 67
4.2.2动态前馈 68
4.2.3前馈反馈控制 69
4.2.4多变量前馈控制 70
4.2.5用计算机实施前馈控制 72
4.3比值控制系统 73
4.3.1定比值控制 74
4.3.2变比值控制 76
4.3.3比值控制的实施 77
4.3.4比值控制系统的设计与投运 80
4.3.5比值控制系统中的若干问题 81
思考题与习题4 83
5其他典型控制系统 85
5.1串级控制系统 85
5.1.1串级控制的概念及方框图描述 85
5.1.2串级控制系统分析 86
5.1.3串级控制系统设计 87
5.1.4串级控制系统举例 90
5.2均匀控制 96
5.2.1均匀控制的由来 96
5.2.2均匀控制的实现 97
5.2.3均匀控制的控制器参数整定 99
5.3选择性控制系统 99
5.3.1用于设备软保护的选择性控制 99
5.3.2其他选择性控制系统 101
5.4分程控制系统和阀位控制系统 103
5.4.1分程控制系统 103
5.4.2阀位控制系统 107
5.5非线性过程增益补偿 108
5.5.1非线性过程的特点 108
5.5.2非线性增益补偿方法 111
5.5.3 pH中和过程控制 116
思考题与习题5 122
6计算机控制系统 125
6.1计算机控制系统概述 125
6.2信号采集与处理 127
6.2.1信号采集与变换 127
6.2.2信号处理与数据滤波 130
6.3数字PID控制算法 133
6.3.1数字PID控制算式 133
6.3.2数字 PID改进算式 134
6.3.3数字PID控制的实现 137
6.4数字控制系统举例 139
6.4.1 DCS （Distributed Control System）概念 139
6.4.2 JX-300X系统结构 140
6.4.3 JX-300X系统软件 144
思考题与习题6 146
7多回路控制系统分析与设计 147
7.1相对增益 147
7.1.1相对增益的概念 148
7.1.2相对增益矩阵的计算 149
7.2耦合系统的变量配对与控制参数整定 151
7.2.1耦合系统的变量配对 151
7.2.2耦合多回路系统的控制参数整定 153
7.3多回路系统的解耦设计 157
7.3.1基于方块图的线性解耦器 158
7.3.2基于过程机理的非线性解耦器 163
思考题与习题7 165
8基于模型的控制方法 167
8.1史密斯预估控制 167
8.1.1史密斯补偿原理 167
8.1.2史密斯预估器的几种改进方案 170
8.2内模控制 171
8.2.1内模控制系统的结构与性质 171
8.2.2内模控制器的设计方法 172
8.2.3改进型内模控制系统 173
8.3模型预测控制 176
8.3.1模型预测控制的基本原理 177
8.3.2 SISO无约束动态矩阵控制 178
8.3.3 MIMO受约束动态矩阵控制 181
8.3.4预测控制软件包简介 183
8.4应用示范 186
8.4.1 Wood-Berry塔的预测控制仿真 186
8.4.2工业应用实例 187
思考题与习题8 191
9间歇过程控制 192
9.1间歇生产过程及控制 192
9.1.1概述 192
9.1.2间歇生产过程控制系统 193
9.2顺序逻辑控制 194
9.3间歇生产过程中的控制 197
9.3.1间歇生产过程的特殊控制方法 197
9.3.2间歇反应器的控制 200
9.4批次对批次（Run-to-Run）控制 203
9.4.1概述 203
9.4.2指数加权移动平均控制算法 204
9.4.3应用示例 205
9.5间歇生产过程管理 207
9.5.1处方（Recipe）和配方的管理 207
9.5.2间歇生产过程计划与调度 207
思考题与习题9 209
10传热设备的控制 211
10.1传热设备的静态与动态特性 211
10.1.1热量传递的三种方式 211
10.1.2换热设备的结构类型 213
10.1.3换热设备的静态特性 213
10.1.4换热设备的动态特性 215
10.2换热设备的控制 217
10.2.1换热器的控制 217
10.2.2蒸汽加热器的控制 218
10.2.3冷凝冷却器的控制 219
10.3加热炉的控制 220
10.3.1加热炉的单回路控制方案 221
10.3.2加热炉的串级控制方案 222
10.4锅炉设备的控制 225
10.4.1汽包水位的控制 227
10.4.2燃烧系统的控制 232
10.4.3蒸汽过热系统的控制 235
思考题与习题10 235
11精馏塔的控制 238
11.1精馏塔的控制目标 238
11.1.1质量指标 238
11.1.2产品产量和能量消耗 239
11.2精馏塔的静态特性和动态特性 240
11.2.1精馏塔的静态特性 240
11.2.2精馏塔的动态模型 242
11.3精馏塔质量指标的选取 247
11.3.1灵敏板的温度控制 247
11.3.2温差控制 248
11.3.3双温差控制 248
11.4精馏塔的常用控制方案 249
11.4.1物料平衡控制 251
11.4.2精馏段质量指标控制 255
11.4.3提馏段质量指标控制 261
11.4.4两端质量指标控制 263
11.5精馏塔的先进控制方案 267
11.5.1内回流控制 267
11.5.2产品质量的软测量与推断控制 268
11.5.3精馏塔的节能控制 270
思考题与习题11 272
12化学反应过程控制 274
12.1化学反应过程概述 274
12.1.1化学反应器的类型 274
12.1.2化学反应的基本规律 276
12.2化学反应器的动态数学模型 279
12.2.1基本动态方程式 279
12.2.2反应器的热稳定性 280
12.3反应器的基本控制方案 282
12.3.1概述 282
12.3.2反应器的温度控制 283
12.3.3外围条件的稳定控制 286
12.4典型反应器的控制方案设计 288
12.4.1聚合反应釜的控制 288
12.4.2合成氨过程的控制 291
思考题与习题12 297
参考文献 298