目 錄
第1章　緒論 1
1.1　過(guò)程控制系統(tǒng)定義與特性 1
1.2　過(guò)程控制系統(tǒng)類型和組織形式 2
1.3　過(guò)程控制的發(fā)展歷程 3
1.3.1　設(shè)備與儀表發(fā)展階段 3
1.3.2　策略與算法發(fā)展概況 4
1.4　過(guò)程控制系統(tǒng)響應(yīng)狀態(tài) 4
1.4.1　穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)過(guò)程 4
1.4.2　動(dòng)態(tài)過(guò)程表現(xiàn)形式 4
1.5　控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 5
1.5.1　單項(xiàng)性能指標(biāo) 6
1.5.2　綜合性能指標(biāo) 7
1.6　過(guò)程控制系統(tǒng)的組成 8
思考題與習(xí)題 10
第2章　過(guò)程控制中的對(duì)象模型 11
2.1　被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的意義 11
2.1.1　數(shù)學(xué)模型的重要性 11
2.1.2　數(shù)學(xué)模型的主要用途 11
2.1.3　過(guò)程控制模型要求 12
2.1.4　過(guò)程控制中常用的建模方法 12
2.2　過(guò)程控制的典型環(huán)節(jié)模型 13
2.2.1　具有自衡特性的單容模型 13
2.2.2　無(wú)自衡特性的單容模型 16
2.2.3　多容過(guò)程建模 16
2.3　階躍響應(yīng)法建模 18
2.3.1　模型的類型 18
2.3.2　由階躍響應(yīng)曲線確定一階環(huán)節(jié)的參數(shù) 20
2.3.3　由階躍響應(yīng)曲線確定帶時(shí)延的一階環(huán)節(jié)的參數(shù) 21
2.3.4　由階躍響應(yīng)曲線確定二階環(huán)節(jié)參數(shù) 23
2.3.5　飛升曲線法 25
2.4　周期信號(hào)響應(yīng)法建模 26
2.5　最小二乘法建模 28
2.5.1　基本最小二乘法模型 28
2.5.2　遞推的最小二乘法 30
2.6　基于M序列信號(hào)測(cè)定對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征 33
2.6.1　相關(guān)分析法的基本原理 34
2.6.2　偽隨機(jī)序列基本理論 35
2.6.3　偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生方法 36
思考題與習(xí)題 38
第3章　過(guò)程控制中的執(zhí)行器 39
3.1　儀表類設(shè)備的基本性能指標(biāo) 39
3.2　執(zhí)行器的分類和結(jié)構(gòu) 41
3.2.1　調(diào)節(jié)閥分類和作用 41
3.2.2　調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和組成 41
3.2.3　執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的裝配 42
3.3　執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成和功能 43
3.3.1　閥門定位器 44
3.3.2　電/氣轉(zhuǎn)換器 45
3.3.3　定位器和轉(zhuǎn)換器的結(jié)合 45
3.4　調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)功能和流量特性 46
3.4.1　固有流量特性 46
3.4.2　工作流量特性 48
3.5　電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 50
3.6　調(diào)節(jié)閥的選型 51
3.7　智能式調(diào)節(jié)閥 53
思考題與習(xí)題 54
第4章　控制器與控制算法實(shí)現(xiàn) 55
4.1　控制器的種類 55
4.1.1　控制器常見信號(hào)形式 55
4.1.2　控制儀表的表現(xiàn)形式 55
4.2　自力式和位式控制系統(tǒng) 56
4.2.1　自力式控制系統(tǒng) 56
4.2.2　位式控制系統(tǒng) 57
4.3　DDZ-Ⅲ型控制器的整體機(jī)構(gòu) 58
4.3.1　DDZ-Ⅲ型控制器的特點(diǎn) 58
4.3.2　DDZ-Ⅲ型控制器的操作與交互面板 58
4.3.3　DDZ-Ⅲ型控制器電路結(jié)構(gòu)和實(shí)例 60
4.4　控制器輸入電路 60
4.4.1　輸入電路與正反作用 60
4.4.2　輸入電路與信號(hào)偏差 61
4.5　PD控制器相關(guān)特性及運(yùn)算電路 62
4.5.1　比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)） 62
4.5.2　比例微分調(diào)節(jié)（PD調(diào)節(jié)） 63
4.5.3　PD運(yùn)算的電路實(shí)現(xiàn) 64
4.6　PI控制器相關(guān)特性及運(yùn)算電路 65
4.6.1　積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié)） 65
4.6.2　比例積分調(diào)節(jié)（PI調(diào)節(jié)） 66
4.6.3　PI運(yùn)算的電路實(shí)現(xiàn) 67
4.7　PID控制器相關(guān)特性及運(yùn)算電路 68
4.7.1　比例積分微分調(diào)節(jié)（PID調(diào)節(jié)） 68
4.7.2　PID運(yùn)算的電路實(shí)現(xiàn) 69
4.8　控制器輸出電路 70
4.9　控制器附屬電路 71
4.9.1　手動(dòng)操作切換電路 71
4.9.2　測(cè)量及給定指示電路 73
4.10　數(shù)字式PID控制器 74
4.10.1　SLPC單回路可編程控制器的電路原理 74
4.10.2　SLPC的數(shù)字控制算法 76
4.11　SLPC單回路可編程控制器的用戶程序 79
4.11.1　控制模塊 79
4.11.2　用戶程序的寫入和調(diào)試 80
4.12　可編程邏輯控制器 80
4.12.1　可編程邏輯控制器的優(yōu)點(diǎn) 80
4.12.2　PLC的基本組成 81
4.12.3　PLC等效繼電器邏輯 82
4.12.4　PLC的工作方式 82
4.12.5　PLC的編程語(yǔ)言 83
思考題與習(xí)題 84
第5章　過(guò)程控制中的檢測(cè)儀表 86
5.1　壓力檢測(cè)及儀表 86
5.1.1　工業(yè)壓力的定義 86
5.1.2　壓力常用檢測(cè)方法 87
5.1.3　彈性式壓力計(jì) 88
5.1.4　電氣式壓力計(jì) 89
5.2　溫度檢測(cè)及儀表 94
5.2.1　溫度檢測(cè)方法 94
5.2.2　熱電偶溫度計(jì) 95
5.2.3　熱電阻溫度計(jì) 99
5.2.4　集成溫度傳感器 101
5.3　流量檢測(cè)及儀表 102
5.3.1　流量的基本概念 102
5.3.2　橢圓齒輪流量計(jì) 102
5.3.3　渦輪流量計(jì) 103
5.3.4　靶式流量計(jì) 104
5.3.5　差壓式流量計(jì) 105
5.3.6　轉(zhuǎn)子流量計(jì) 107
5.3.7　電磁流量計(jì) 108
5.3.8　旋渦式流量計(jì) 108
5.3.9　超聲波流量計(jì) 110
5.4　物位檢測(cè)及儀表 112
5.4.1　概述 112
5.4.2　差壓式液位變送器 112
5.4.3　電容式物位變送器 114
5.4.4　超聲波液位變送器 116
5.5　成分檢測(cè)及儀表 117
5.5.1　紅外線氣體分析儀 117
5.5.2　氧化鋯氧量計(jì) 119
5.5.3　氣相色譜分析儀 121
思考題與習(xí)題 122
第6章　顯示變送原理和安全柵 124
6.1　測(cè)量值顯示與記錄 124
6.1.1　動(dòng)圈式指示儀表基本原理 124
6.1.2　數(shù)字式指示儀表 124
6.1.3　自動(dòng)記錄原理 125
6.2　電容變送器基本原理 126
6.2.1　交流電橋變送原理 126
6.2.2　電容差變送原理 127
6.3　傳感器電信號(hào)變送原理 128
6.3.1　模擬式變送器 129
6.3.2　DDZ-Ⅲ型變送器實(shí)際線路舉例 131
6.4　智能變送器 132
6.5　安全柵 134
6.5.1　安全防爆的基本概念 134
6.5.2　安全火花防爆系統(tǒng) 135
6.5.3　安全柵的工作原理 136
思考題與習(xí)題 138
第7章　簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 140
7.1　簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)整體框架 140
7.2　過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題 142
7.2.1　過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的衡量標(biāo)準(zhǔn) 142
7.2.2　過(guò)程控制系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)工作 142
7.2.3　過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程 143
7.3　被控變量與控制方案設(shè)計(jì) 143
7.4　控制變量與控制品質(zhì) 145
7.4.1　控制變量和干擾的相互關(guān)系 145
7.4.2　干擾通道特性與控制變量選擇 146
7.4.3　控制通道特性與控制變量選擇 149
7.4.4　控制變量選擇的一般原則 153
7.5　簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)備選擇 153
7.5.1　執(zhí)行器與控制品質(zhì) 153
7.5.2　傳感器特性與控制方案設(shè)計(jì) 154
7.5.3　調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇 156
7.6　調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法 158
7.6.1　穩(wěn)定邊界法 158
7.6.2　響應(yīng)曲線法 160
7.6.3　衰減曲線法 161
7.6.4　經(jīng)驗(yàn)法 162
7.6.5　幾種工程整定方法的比較 164
7.7　簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 164
7.7.1　生產(chǎn)過(guò)程概述 164
7.7.2　被控變量選擇 165
7.7.3　控制變量選擇 165
7.7.4　檢測(cè)儀表、調(diào)節(jié)閥及調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律選擇 167
7.7.5　繪制控制系統(tǒng)圖 167
7.7.6　調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 168
思考題與習(xí)題 168
第8章　復(fù)雜控制系統(tǒng) 170
8.1　克服強(qiáng)干擾與前饋控制系統(tǒng) 170
8.1.1　前饋控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 170
8.1.2　前饋控制系統(tǒng)的典型形式 172
8.1.3　前饋控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 173
8.1.4　前饋-反饋控制系統(tǒng) 174
8.1.5　工業(yè)實(shí)踐中前饋控制規(guī)律通用表達(dá)形式 177
8.1.6　前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 178
8.1.7　前饋控制系統(tǒng)的選用原則 181
8.2　容量滯后與串級(jí)控制系統(tǒng) 182
8.2.1　串級(jí)控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu) 182
8.2.2　串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 186
8.2.3　串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 191
8.2.4　前饋-串級(jí)控制系統(tǒng) 192
8.2.5　串級(jí)控制系統(tǒng)控制器參數(shù)整定 194
8.2.6　串級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例 194
8.3　純滯后及其控制方法 196
8.3.1　概述 196
8.3.2　純滯后環(huán)節(jié)的頻域特點(diǎn) 196
8.3.3　大滯后過(guò)程的采樣控制 198
8.3.4　大滯后過(guò)程的Smith預(yù)估補(bǔ)償控制 199
8.4　配比傳送與比值控制系統(tǒng) 201
8.4.1　比值控制系統(tǒng)的組成原理 201
8.4.2　比值控制系統(tǒng)的整定 204
8.5　均勻控制系統(tǒng) 206
8.5.1　均勻控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu) 206
8.5.2　均勻控制系統(tǒng)控制規(guī)律的選擇及參數(shù)整定 209
8.6　選擇性控制系統(tǒng) 210
8.6.1　選擇性控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu) 210
8.6.2　選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 212
8.7　分程控制系統(tǒng) 213
8.7.1　分程控制系統(tǒng)的基本原理和特點(diǎn) 213
8.7.2　分程控制系統(tǒng)中閥門組合的特點(diǎn) 213
8.7.3　多種控制器件的銜接問(wèn)題 215
思考題與習(xí)題 216
第9章　先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù) 219
9.1　概述 219
9.2　自適應(yīng)控制 220
9.2.1　自校正控制系統(tǒng) 220
9.2.2　模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng) 221
9.3　預(yù)測(cè)控制 221
9.3.1　模型算法控制 222
9.3.2　動(dòng)態(tài)矩陣控制 224
9.4　專家系統(tǒng) 226
9.4.1　專家系統(tǒng)的特點(diǎn) 226
9.4.2　專家系統(tǒng)的類型 226
9.4.3　新型專家系統(tǒng) 227
9.5　模糊控制 228
9.5.1　模糊控制的基本原理 228
9.5.2　模糊控制的優(yōu)點(diǎn) 231
9.6　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 231
9.6.1　神經(jīng)元模型 231
9.6.2　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 233
9.6.3　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制中的應(yīng)用 234
9.7　集散控制系統(tǒng) 234
9.7.1　集散控制系統(tǒng)的發(fā)展 234
9.7.2　集散控制系統(tǒng)的組成 235
9.7.3　集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 236
9.8　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 237
9.8.1　數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 237
9.8.2　直接數(shù)字控制系統(tǒng) 237
9.8.3　計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng) 238
思考題與習(xí)題 239
參考文獻(xiàn) 240