1 自动控制系统概述 1
1.1 自动化及仪表发展状况 1
1.2 自动控制系统 2
1.2.1 自动控制系统 2
1.2.2 闭环控制与开环控制 4
1.2.3 自动控制系统的组成及方框图 4
1.2.4 自动控制系统的分类 6
1.3 自动控制系统的过渡过程及品质指标 8
1.3.1 静态与动态 8
1.3.2 自动控制系统的过渡过程 8
1.3.3 自动控制系统的品质指标 9
思考题与习题1 11
2 过程特性 12
2.1 过程特性的类型 12
2.2 过程的数学描述 14
2.3 过程特性的一般分析 15
2.3.1 放大系数K 16
2.3.2 时间常数T 17
2.3.3 纯滞后τ 18
2.4 过程特性参数的实验测定方法 19
思考题与习题2 20
3 检测变送 22
3.1 概述 22
3.1.1 测量误差 23
3.1.2 仪表性能指标 23
3.2 温度检测 25
3.2.1 温度检测方法 25
3.2.2 热电偶 26
3.2.3 热电阻 29
3.2.4 热电偶、热电阻的选用 30
3.3 流量检测 31
3.3.1 流量检测的主要方法 31
3.3.2 速度式流量计 32
3.3.3 容积式流量计 36
3.3.4 质量流量计 36
3.3.5 流量仪表的选用 38
3.4 压力检测 39
3.4.1 压力单位和压力检测方法 39
3.4.2 常用压力检测仪表 41
3.4.3 压力表的选用 44
3.5 物位检测 44
3.5.1 物位检测方法 45
3.5.2 常用物位检测仪表 45
3.5.3 物位检测仪表的选用 50
3.6 成分和物性参数检测 50
3.6.1 成分和物性参数检测方法 51
3.6.2 成分、物性检测的静态特性 56
3.6.3 成分、物性检测的动态特性 57
3.7 其他变量检测 57
3.7.1 位移量检测 58
3.7.2 转速检测 59
3.7.3 振动检测 60
3.7.4 厚度检测 60
3.7.5 火焰检测 60
3.7.6 重量检测 60
3.8 变送器 61
3.8.1 变送器量程迁移和零点迁移 62
3.8.2 温度变送器 63
3.8.3 差压变送器 66
3.8.4 智能变送器 70
3.9 现代传感器技术的发展 73
思考题与习题3 75
4 显示仪表 76
4.1 模拟式显示仪表 77
4.1.1 电子电位差计 77
4.1.2 电子自动平衡电桥 79
4.2 数字式显示仪表 80
4.2.1 数显仪表的分类 80
4.2.2 数显仪表的主要技术指标 80
4.2.3 数显仪表的基本组成 80
4.3 新型显示仪表 82
4.3.1 显示仪表发展动态 82
4.3.2 无纸记录仪 83
4.3.3 虚拟显示仪表 84
思考题与习题4 84
5 执行器 85
5.1 执行机构 86
5.1.1 气动执行机构 86
5.1.2 电动执行机构 88
5.2 控制阀 88
5.2.1 控制阀结构 88
5.2.2 控制阀类型 89
5.3 气动薄膜控制阀的流量特性 90
5.3.1 理想流量特性 91
5.3.2 工作流量特性 92
5.3.3 动态特性 93
5.4 控制阀口径的确定 94
5.4.1 控制阀流量系数Kv的计算 94
5.4.2 控制阀口径的确定 94
5.5 阀门定位器 94
5.5.1 电-气阀门定位器 95
5.5.2 阀门定位器作用 95
5.6 气动薄膜控制阀的选用 96
5.6.1 控制阀结构形式及材质的选择 96
5.6.2 控制阀流量特性的选择 98
5.6.3 气动薄膜控制阀的安装使用 98
5.7 智能控制阀 99
思考题与习题5 100
6 控制器 101
6.1 控制器概述 101
6.2 控制器的基本控制规律 102
6.2.1 连续PID控制算法 103
6.2.2 离散PID控制算法 111
6.3 模拟式控制器 113
6.3.1 模拟式控制器基本结构 113
6.3.2 DDZ-Ⅲ型电动单元控制器 113
6.4 数字式控制器 115
6.4.1 数字式控制器主要特点 115
6.4.2 数字式控制器的基本构成 116
6.4.3 YS1700控制器 119
6.5 可编程序控制器 120
6.5.1 可编程序控制器概述 120
6.5.2 可编程序控制器的工作原理 123
6.5.3 可编程序控制器的编程 126
6.5.4 可编程序控制器系统应用示例 129
6.6 集散控制系统 131
6.6.1 集散控制系统发展概况 131
6.6.2 集散控制系统特点 132
6.6.3 集散控制系统的硬件和软件 133
6.6.4 TPS系统简介 134
6.6.5 TPS系统应用举例 138
6.7 现场总线控制系统 143
6.7.1 现场总线系统的特点 143
6.7.2 现场总线系统的发展 144
6.7.3 基金会现场总线 145
6.7.4 现场总线控制系统的应用 147
思考题与习题6 149
7 简单控制系统 151
7.1 控制系统的组成 151
7.2 简单控制系统的设计 152
7.2.1 控制系统设计概述 152
7.2.2 被控变量的选择 153
7.2.3 操纵变量的选择 153
7.2.4 控制规律及控制器作用方向的选择 153
7.2.5 执行器（气动薄膜控制阀）的选择 155
7.3 简单控制系统的参数整定 156
7.3.1 经验整定法 156
7.3.2 临界比例度法 157
7.3.3 衰减曲线法 158
7.4 控制系统的投运 158
7.5 简单控制系统设计案例 159
思考题与习题7 160
8 复杂控制系统 162
8.1 串级控制系统 162
8.1.1 串级控制系统的基本原理和结构 162
8.1.2 串级控制系统的特点 163
8.1.3 串级控制系统的设计 164
8.1.4 串级控制系统控制器参数的整定 166
8.2 比值控制系统 166
8.2.1 基本原理和结构 166
8.2.2 比值系数的计算 167
8.3 均匀控制系统 168
8.3.1 均匀控制系统的基本原理和结构 168
8.3.2 均匀控制系统的控制规律的选择及参数整定 170
8.4 前馈控制系统 170
8.4.1 基本原理 170
8.4.2 前馈控制的主要结构形式 171
8.4.3 采用前馈控制系统的条件 171
8.5 选择性控制系统 172
8.6 分程控制系统 173
8.6.1 不同工况需要不同的控制手段 173
8.6.2 扩大控制阀的可调范围 173
思考题与习题8 173
9 先进控制技术 175
9.1 基于模型的预测控制 175
9.1.1 预测控制的基本原理 176
9.1.2 预测控制的优良性质 177
9.1.3 预测控制的应用 177
9.2 推断控制 177
9.3 软测量技术 179
9.3.1 机理分析与辅助变量的选择 179
9.3.2 数据采集和处理 180
9.3.3 软测量模型的建立 180
9.3.4 软测量模型的在线校正 181
9.3.5 软测量技术工业应用 181
9.4 双重控制系统 181
9.5 纯滞后补偿控制系统 182
9.5.1 史密斯预估补偿控制 182
9.5.2 史密斯预估补偿控制实施中若干问题 183
9.6 解耦控制系统 183
9.6.1 系统的关联分析 183
9.6.2 减少与解除耦合途径 183
9.7 差拍控制系统 185
9.7.1 差拍控制系统 185
9.7.2 达林控制算法 185
9.7.3 V.E.控制算法 185
9.8 自适应控制 186
9.8.1 简单自适应控制系统 186
9.8.2 模型参考型自适应控制系统 186
9.8.3 自校正控制系统 187
9.9 鲁棒控制 187
9.10 智能控制系统 188
9.10.1 智能控制简介 188
9.10.2 专家系统 188
9.10.3 模糊逻辑控制 189
9.10.4 神经网络控制 190
9.11 故障检测诊断和容错控制 191
9.11.1 故障检测和诊断 191
9.11.2 容错控制 192
9.12 综合自动化系统 193
9.12.1 综合自动化的意义 193
9.12.2 综合自动化系统的特点 194
9.12.3 工业生产过程计算机集成控制系统的构成 195
思考题与习题9 196
10 生产过程控制 197
10.1 流体输送设备的控制 197
10.1.1 泵的控制 197
10.1.2 压缩机的控制 199
10.1.3 变频调速器的应用 200
10.1.4 防喘振控制系统 201
10.2 传热设备的控制 202
10.2.1 传热设备的静态数学模型 202
10.2.2 一般传热设备的控制 203
10.2.3 管式加热炉的控制 205
10.3 锅炉设备的控制 206
10.3.1 锅炉汽包水位的控制 207
10.3.2 锅炉燃烧系统的控制 209
10.3.3 蒸汽过热系统的控制 211
10.4 工业窑炉过程的控制 212
10.4.1 电热式工业窑炉控制 212
10.4.2 燃烧式工业窑炉控制 213
10.5 精馏塔的控制 215
10.5.1 精馏塔的控制要求 216
10.5.2 精馏塔的扰动分析 217
10.5.3 精馏塔被控变量的选择 217
10.5.4 精馏塔的控制 219
10.5.5 精馏塔的先进控制 221
10.6 化学反应器的控制 225
10.6.1 化学反应器的控制要求 225
10.6.2 化学反应器的基本控制策略 226
10.6.3 化学反应器的基本控制 226
10.7 合成氨过程的控制 230
10.7.1 变换炉的控制 230
10.7.2 转化炉水碳比控制 230
10.7.3 合成塔的控制 231
10.8 石油化工过程的控制 233
10.8.1 常减压过程的控制 233
10.8.2 催化裂化过程的控制 235
10.8.3 乙烯生产过程的控制 238
10.8.4 聚合过程的控制 240
10.9 生化过程的控制 244
10.9.1 常用生化过程控制 245
10.9.2 青霉素发酵过程控制 246
10.9.3 啤酒发酵过程控制 247
10.10 造纸过程的控制 248
10.10.1 纸浆浓度的控制 248
10.10.2 纸料配浆的比值控制 249
10.10.3 磨浆机的控制 250
10.10.4 白水回收控制 251
10.11 转炉控制 251
10.11.1 顶吹供氧控制系统 251
10.11.2 底吹供气控制系统 252
10.11.3 炉口微差压及煤气回收控制系统 253
思考题与习题10 254
附录1 自控工程设计字母代号 255
附录2 部分热电偶、热电阻分度表 256
参考文献 260