第一篇 基本过程控制系统 3
第1章 单回路反馈控制系统 3
1.1 单回路系统的结构组成 3
1.2 被控变量的选择 7
1.3 对象特性对控制质量的影响及控制变量的选择 10
1.3.1 干扰通道特性对控制质量的影响 11
1.3.2 控制通道特性对控制质量的影响 15
1.3.3 控制变量的选择 20
1.4 控制阀的选择 20
1.4.1 控制阀口径大小的选择 21
1.4.2 控制阀气开、气闭形式的选择 21
1.4.3 控制阀流量特性的选择 23
1.4.4 控制阀结构形式的选择 28
1.4.5 阀门定位器的选用 28
1.5.1 测量滞后的影响 30
1.5 测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法 30
1.5.2 信号传送滞后的影响 31
1.5.3 克服测量、传送滞后的办法 32
1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择 34
1.6.1 控制器参数对系统静态误差的影响 34
1.6.2 控制器参数对系统动态误差的影响 36
1.6.3 控制规律的选择 38
1.7 系统的关联及其消除方法 38
1.7.1 系统关联及其影响 38
1.7.2 分析系统关联的方法 39
1.7.3 削弱或消除系统间关联的方法 42
1.8 单回路系统的投运和整定 43
1.8.1 控制系统的投运 45
1.8.2 控制系统的整定 46
本章附录 52
实验一 单回路控制系统组成实验 52
实验二 单回路控制系统的投运和整定 53
实验三 单回路控制系统的质量研究 54
本章思考题及习题 54
第2章 串级控制系统 57
2.1 概述 57
2.2 串级控制系统的实施 61
2.2.1 用电动Ⅲ型、Ⅱ型仪表构成串级控制方案 62
2.2.2 串级控制系统的实施 63
2.3 串级控制系统的投运和整定 68
2.3.1 串级控制系统的投运 68
2.3.2 串级控制系统的工程整定方法 69
2.4 串级控制系统的特点 70
2.5 串级控制系统副回路的设计 76
本章附录 82
实验一 串级控制系统组成实验 82
实验三 串级控制系统主、副环抗干扰能力的比较 83
实验二 串级控制系统的投运和整定 83
实验四 串级控制系统与单回路控制系统质量的比较 84
本章思考题及习题 85
第3章 比值控制系统 87
3.1 概述 87
3.2 比值控制系统的类型 88
3.2.1 开环比值控制系统 88
3.2.2 单闭环比值控制系统 88
3.2.3 双闭环比值控制系统 90
3.2.4 其他类型的比值控制系统 91
3.3 比值系数的计算 95
3.3.1 流量与测量信号成线性关系时的计算 96
3.3.2 流量与测量信号成非线性关系时的计算 96
3.4 比值控制方案的实施 97
3.4.1 两类实施方案 98
3.4.2 比值控制方案实施举例 98
3.4.3 比值控制系统中非线性环节的影响 102
3.4.4 比值控制系统中的信号匹配问题 104
3.5 比值控制系统的投运与整定 106
3.6 比值控制系统的其他问题 107
3.6.1 流量测量中的压力、温度的校正 107
3.6.2 主、副流量的动态比值问题 108
3.6.3 具有逻辑规律的比值控制 110
3.6.4 副流量供料不足时的自动配比 111
3.6.5 主动量与从动量的选择 112
本章附录 比值控制系统实验 113
本章思考题及习题 114
第4章 均匀控制系统 116
4.1 均匀控制问题 116
4.2 均匀控制方案 118
4.2.1 常用的几种结构形式 118
4.2.2 控制规律的选择 120
4.2.3 参数整定 121
4.3 均匀控制系统的理论分析 122
4.4 其他需要说明的问题 125
4.4.1 气体压力与流量的均匀控制 125
4.4.2 实现均匀控制的其他方法 125
本章附录 均匀控制系统实验（选做） 126
本章思考题及习题 126
第5章 前馈控制系统 127
5.1 前馈控制系统的特点 127
5.2 前馈控制系统的几种主要结构形式 129
5.2.1 单纯的前馈控制系统 129
5.2.2 前馈－反馈控制系统 131
5.2.3 前馈－串级控制系统 133
5.3 前馈控制规律的实施 134
5.4 前馈控制系统的应用 136
5.5 前馈控制系统的参数整定 138
5.5.1 Kf的整定 138
5.5.2 T1、T2的整定 140
5.6.1 由工艺机理建立多变量前馈控制模型 142
5.6 多变量前馈控制 142
5.6.2 以线性叠加为基础建立多变量前馈控制方程 143
5.6.3 多输入－多输出的多变量前馈控制系统 145
本章附录 前馈控制系统实验 148
本章思考题及习题 149
第6章 选择性控制系统 151
6.1 概述 151
6.2 选择性控制系统的类型及应用 152
6.2.1 开关型选择性控制系统 152
6.2.2 连续型选择性控制系统 155
6.2.3 混合型选择性控制系统 158
6.3 选择性控制系统的设计 159
6.4 积分饱和及其防止措施 160
6.4.1 积分饱和的产生及其危害性 160
本章附录 选择性控制系统实验 162
6.4.2 抗积分饱和措施 162
本章思考题及习题 163
第7章 分程及阀位控制系统 165
7.1 分程控制系统 165
7.1.1 概述 165
7.1.2 分程控制的应用场合 166
7.1.3 分程控制系统控制器参数的整定 170
7.1.4 分程阀总流量特性的改善 171
7.2 阀位控制系统 177
7.2.1 概述 177
7.2.2 阀位控制系统的应用 177
7.2.3 阀位控制系统的设计及整定 179
本章附录 分程控制系统实验 181
本章思考题及习题 183
8.1.1 液位的非线性控制 189
8.1 线性过程的非线性控制 189
第8章 非线性控制系统 189
第二篇 先进控制系统 189
8.1.2 线性过程的其他非线性控制 192
8.2 非线性过程的非线性控制 194
8.2.1 pH控制过程的非线性控制 195
8.2.2 反应器的非线性控制 197
8.2.3 人工智能在非线性控制中的应用 198
8.3 位式控制 199
8.3.1 位式控制的改进及其发展 200
8.3.2 Bang-Bang控制 201
本章思考题及习题 204
第9章 纯滞后补偿控制系统 205
9.1 纯滞后补偿原理 205
9.2 纯滞后补偿控制的效果 206
9.3 史密斯补偿的实现 208
本章思考题及习题 212
第10章 解耦控制系统 213
10.1 关联系统解耦条件 214
10.2 解耦控制方案 215
10.3 解耦控制应用实例 219
本章思考题及习题 221
第11章 按计算指标及推断控制系统 223
11.1 按计算指标的控制系统 223
11.2 推断控制系统 228
本章思考题及习题 233
第12章 按z变换设计的控制系统 234
12.1 最小拍控制算法 234
12.2 大林（Dahlin）控制算法 235
12.3 采样控制系统 239
本章思考题及习题 242
第13章 模型预测控制 243
13.1 模型算法控制（MAC） 244
13.2 动态矩阵控制 246
本章思考题及习题 251
第14章 其他新型控制方法 253
14.1 最优控制系统 253
14.1.1 最优控制问题的描述 253
14.1.2 最优控制的常用求解方法 254
14.1.3 最优控制的实现 256
14.2 自适应控制 256
14.2.1 程序自适应 256
14.2.2 自校正控制 258
14.2.3 模型参考自适应 260
14.3 多变量现代频域方法 260
14.3.1 逆奈奎斯特阵列法（INA） 261
14.3.2 特征轨迹法 263
本章思考题及习题 264
第15章 流体输送设备的控制 267
第三篇 过程控制工程 267
15.1 泵的常规控制 268
15.1.1 离心泵的控制方案 268
15.1.2 容积式泵的控制方案 271
15.2 压缩机的常规控制方案 272
15.3 离心式压缩机的防喘振控制 273
15.3.1 喘振现象及原因 273
15.3.2 防喘振控制系统 276
15.3.3 压缩机串、并联运行及防喘振控制 282
15.4 长输管线的控制 283
本章思考题及习题 285
第16章 传热设备的控制 287
16.1 概述 287
16.1.1 传热设备的类型 287
16.1.2 传热设备的控制要求 288
16.2.1 传热设备的静态特性 289
16.2 传热设备的特性 289
16.2.2 传热设备的动态特性 292
16.3 一般传热设备的控制 294
16.3.1 换热器的控制 294
16.3.2 蒸汽加热器的控制 296
16.3.3 冷凝冷却器的控制 297
16.4 锅炉设备的控制 299
16.4.1 概述 299
16.4.2 锅炉汽包水位的控制 300
16.4.3 蒸汽过热系统的控制 308
16.4.4 锅炉燃烧过程的控制 309
16.5 加热炉的控制 313
16.5.1 采用压力平衡式控制阀（浮动阀）的控制 314
16.5.2 特殊温度－流量串级控制系统 315
16.6 蒸发器的控制 315
16.6.1 蒸发器产品浓度的控制 316
16.6.2 蒸发器其他相关参数的控制 317
本章思考题及习题 318
第17章 精馏塔的控制 321
17.1 概述 321
17.1.1 精馏原理 321
17.1.2 精馏塔的主要干扰因素 322
17.1.3 精馏塔的控制要求 322
17.2 精馏塔的特性 323
17.2.1 精馏塔的静态特性 323
17.2.2 精馏塔的动态特性 324
17.3 精馏塔被控变量的选择 326
17.3.1 采用产品成分作为直接质量指标 326
17.3.2 采用温度作为间接质量指标 327
17.3.3 用压力补偿的温度参数作为间接指标 328
17.4.2 质量指标反馈控制 331
17.4.1 传统的物料平衡控制 331
17.4 精馏塔的整体控制方案 331
17.4.3 按两端质量指标控制 336
17.4.4 串级、均匀、比值、前馈等控制系统在精馏塔中的应用 338
17.4.5 精馏塔塔压的控制 339
17.5 精馏塔的新型控制方案 342
17.5.1 内回流、热焓控制 342
17.5.2 解耦控制 342
17.5.3 推断控制 343
17.5.4 精馏塔的节能控制 343
17.5.5 精馏塔的最优控制 347
本章思考题及习题 350
第18章 化学反应器的控制 352
18.1 概述 352
18.1.1 化学反应的一些基本概念 352
18.1.2 化学反应器的类型 354
18.1.3 化学反应器的控制要求 355
18.2 反应器的特性 356
18.3 反应器的热稳定性分析 358
18.3.1 反应器静态工作点的热稳定性 359
18.3.2 开环不稳定，闭环稳定的条件 360
18.4 反应器的基本控制方案 362
18.4.1 反应器的温度控制 363
18.4.2 反应器的进料流量控制 366
18.4.3 反应器的压力控制 367
18.5 反应器的新型控制方案 368
18.5.1 聚合釜的温度－压力串级控制系统 368
18.5.2 具有压力补偿的反应釜温度控制 369
18.5.3 变换炉的最优控制 370
18.5.4 连续搅拌槽反应器的自适应控制 372
本章思考题及习题 372
附录 实验装置介绍 375
参考文献 385