目 录 1
绪论 1
1.2 过程动态特性和建立过程的动态模型 1 3
1简单控制系统 7
1.1控制系统组成和控制性能指标 7
1.1.1控制系统的组成 7
1.1.2控制系统的控制性能指标 9
1.2.1过程动态特性 13
1.2.2过程动态模型的建立 19
1.3检测变送环节 21
1.3.1检测变送环节的性能 21
1.3.2对检测变送信号的处理 22
1.4执行器环节 24
1.4.1执行器概述 24
1.4.2流量特性 26
1.4.3控制阀特性的选择 29
1.4.4 阀门定位器的正确使用 33
1.4.5其他执行器 35
1.5控制器的模拟控制算法 40
1.5.1基本控制算法分析 40
1.5.2比例控制算法 41
1.5.3比例积分控制算法 43
1.5.4积分饱和及其防止 45
1.5.5比例微分控制算法 47
1.5.6比例积分微分控制算法 49
1.6控制器的数字控制算法 50
1.6.1模拟控制算法的数字化 50
1.6.2数字控制算法的改进 52
1.6.3连续系统的离散化 57
1.7.1控制器参数整定的若干原则 59
1.7控制器参数整定和控制系统投运 59
1.7.2控制器参数整定 61
1.7.3控制系统的投运和维护 66
1.8与PID控制密切相关的几类控制算法 67
1.8.1二维PID控制算法 67
1.8.2时间比例控制系统 68
1.8.3差拍控制系统 68
习题和思考题 75
2 常用复杂控制系统 77
2.1串级控制系统 77
2.1.1基本原理、结构和性能分析 77
2.1.2 串级控制系统设计和工程应用中的问题 83
2.1.3串级控制系统的变型 88
2.2.1基本原理和结构 90
2.2均匀控制系统 90
2.2.2控制器参数整定 94
2.3比值控制系统 96
2.3.1基本原理、结构和性能分析 96
2.3.2控制方案分析 98
2.3.3 比值控制系统设计和工程应用中的问题 103
2.3.4 比值控制系统的变型 105
2.4前馈控制系统 106
2.4.1基本原理、结构和性能分析 106
2.4.2前馈控制系统设计和工程应用中的问题 111
2.5分程控制系统 114
2.5.1基本原理、结构和性能分析 114
2.5.2分程控制系统设计和工程应用中的问题 115
2.6选择性控制系统 117
2.6.1基本原理、结构和性能分析 117
2.6.2选择性控制系统与其他控制系统的结合 119
2.6.3选择性控制系统设计和工程应用中的问题 123
2.7双重控制系统 124
2.7.1基本原理、结构和性能分析 124
2.7.2双重控制系统设计和工程应用中的问题 127
2.8基于模型计算的控制系统 128
2.8.1 根据模型计算测量值的控制系统 128
2.8.2根据模型计算设定值的控制系统 130
2.8.3非线性控制 131
习题和思考题 134
3先进控制系统 136
3.1状态反馈控制 136
3.1.1状态反馈和极点配置 136
3.1.2状态反馈控制系统设计和工程应用中的问题 142
3.2.1 预测控制的基本特征 143
3.2 预测控制 143
3.2.2预测控制系统实施时应注意的问题 146
3.2.3预测控制算法 147
3.3解耦控制 149
3.3.1 系统关联分析和相对增益 149
3.3.2解耦控制的设计和工程应用中的问题 153
3.4软测量和推断控制 161
3.4.1软测量技术 161
3.4.2推断控制系统 165
3.5 自适应控制和鲁棒控制 168
3.5.1 自适应控制系统基本结构和类型 168
3.5.2简单自适应控制系统 169
3.5.3自整定控制器 170
3.5.4 自校正控制器 171
3.5.5模型参考自适应控制系统 173
3.5.6鲁棒控制 175
3.6时滞补偿控制 178
3.6.1 Smith预估补偿控制 178
3.6.2其他时滞补偿控制系统 181
3.7智能控制 185
3.7.1智能控制概述 185
3.7.2专家系统 186
3.7.3模糊控制 188
3.7.4神经网络控制 193
3.8监督控制 195
3.8.1监督控制及其原则 195
3.8.2操作优化控制 196
3.8.3统计过程控制 198
3.9故障检测诊断与容错控制 201
3.9.1故障检测诊断的基本概念 201
3.9.2工况监测控制 203
3.9.3容错控制 204
3.10综合自动化 206
3.10.1综合自动化的意义 206
3.10.2综合自动化系统的特点 207
3.10.3 现场总线和现场总线控制系统 208
习题和思考题 210
4流体输送设备的控制 212
4.1泵和压缩机的基本控制 212
4.1.1离心泵的控制 212
4.1.2容积式泵的控制 214
4.1.3风机的控制 215
4.1.4压缩机的控制 215
4.1.5变频调速器的应用 217
4.2离心压缩机的防喘振控制 217
4.2.1离心压缩机的喘振 217
4.2.2离心压缩机防喘振控制系统的设计 218
4.2.3实例分析 222
习题和思考题 225
5传热设备的控制 226
5.1传热设备的特性 226
5.1.1 换热器静态特性的基本方程式 227
5.1.2换热器的静态放大系数及应用 228
5.2一般传热设备的控制 231
5.2.1调节载热体流量 231
5.2.2调节载热体的汽化温度 232
5.2.3工艺介质分路 233
5.2.4调节传热面积 234
5.3复杂控制系统的应用 236
5.3.1前馈－反馈控制 236
5.3.2基于模型计算的控制 237
5.3.3选择性控制 239
5.4蒸发器的控制 240
5.4.1蒸发器的特性 240
5.4.2蒸发器的主要控制回路 241
5.4.3蒸发器的辅助控制回路 242
5.5工业窑炉的控制 242
5.5.1 陶瓷窑炉的控制 243
5.5.2玻璃窑炉的控制 244
5.5.3水泥窑炉的控制 246
习题和思考题 247
6锅炉设备的控制 248
6.1锅炉设备及其控制要求 248
6.2锅炉汽包水位控制 249
6.2.1锅炉汽包水位的动态特性 249
6.2.2锅炉汽包水位的控制 250
6.2.3应用示例 254
6.3蒸汽过热系统的控制 255
6.4.1燃烧控制的任务 256
6.4.2燃烧过程的控制 256
6.4燃烧控制系统 256
6.4.3燃烧过程中烟气氧含量闭环控制 258
6.4.4炉膛负压控制及安全控制系统 259
6.4.5锅炉控制的实例 261
6.5火电站锅炉和发电机组的协调控制 263
6.5.1协调控制概述 263
6.5.2协调控制 263
习题和思考题 267
7精馏塔的控制 269
7.1精馏塔的控制要求和扰动分析 269
7.1.1精馏塔的控制要求 269
7.1.2精馏塔的扰动分析 270
7.2.1物料平衡和内部物料平衡 272
7.2精馏塔的特性 272
7.2.2能量平衡 274
7.2.3进料浓度ZF和流量F对产品质 275
量的影响 275
7.3精馏塔被控变量的选择 276
7.3.1 采用温度作为间接质量指标 277
7.3.2采用压力补偿的温度作为间接质量指标 278
7.4精馏塔的基本控制 278
7.4.1产品质量的开环控制 279
7.4.2按精馏段指标的控制 280
7.4.3按提馏段指标的控制 281
7.4.4精馏塔的塔压控制 282
7.5复杂控制系统在精馏塔中的应用 283
7.5.1串级控制 283
7.5.3选择性控制 284
7.5.2前馈－反馈控制 284
7.5.4节能控制 286
7.6先进控制系统在精馏塔中的应用 295
7.6.1软测量和推断控制 295
7.6.2预测控制 298
7.6.3专家系统 302
7.6.4优化控制 306
习题和思考题 313
8化学反应器的控制 314
8.1 概述 314
8.1.1化学反应器的类型 314
8.1.2化学反应器的控制要求 315
8.1.3化学反应器的基本控制策略 317
8.2化学反应器的特性 317
8.2.1化学反应速度 317
8.2.2化学平衡 320
8.2.3转化率 321
8.2.4化学反应器的热稳定性 322
8.3化学反应器的基本控制 324
8.3.1出料成分的控制 324
8.3.2反应过程的工艺参数作为间接被控变量 324
8.3.3 pH控制 326
8.3.4化学反应器的推断控制 327
8.3.5稳定外围的控制 328
8.3.6开环不稳定反应器的控制 329
习题和思考题 331
9典型工业生产过程的控制 332
9.1合成氨过程的控制 332
9.1.1变换炉的控制 332
9.1.2转化炉水碳比控制 333
9.1.3合成塔的控制 334
9.2.1间歇过程的分类与特点 336
9.2间歇过程的控制 336
9.2.2间歇过程的控制 340
9.2.3生产计划和调度 342
9.3常减压过程的控制 347
9.3.1常减压过程的特点 347
9.3.2常减压塔的控制 348
9.4催化裂化过程的控制 351
9.4.1催化裂化过程的特点 351
9.4.2催化裂化过程的控制 352
9.5乙烯过程的控制 355
9.5.1乙烯裂解过程的特点 356
9.5.2乙烯裂解过程的控制 357
9.5.3分离过程的控制 361
9.6.2聚合过程的控制 362
9.6聚合过程的控制 362
9.6.1聚合过程的特点 362
9.7生化过程的控制 370
9.7.1生化过程的特点 370
9.7.2生化过程的控制 374
9.8制浆造纸过程的控制 379
9.8.1 制浆造纸过程的特点 379
9.8.2制浆造纸过程的控制 380
9.9冶金过程的控制 384
9.9.1转炉炼钢过程的控制 384
9.9.2初轧生产过程的控制 387
习题和思考题 389
附录 管道仪表流程图的设计符号 390
参考文献 393