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目 录1

绪论1

1.2 过程动态特性和建立过程的动态模型 13

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