过程控制工程

1过程控制概论

1.1控制系统的组成与目标

1.1.1控制系统的由来

1.1.2控制系统的组成

1.1.3过程控制的术语与目标

1.2控制仪表与控制装置

1.2.1单元组合控制仪表

1.2.2计算机控制装置

1.3过程控制策略

1.3.1反馈控制

1.3.2前馈控制

1.4反馈控制系统的分类

1.5过程控制的任务和要求

思考题与习题

2过程动态特性

2.1典型工业过程的动态特性

2.1.1自衡过程

2.1.2非自衡过程

2.2机理建模方法

2.2.1机理建模的步骤

2.2.2常用的方程

2.2.3机理建模举例

2.3测量变送环节

2.3.1关于测量误差

2.3.2测量信号的处理

2.4控制阀

2.4.1控制阀概述

2.4.2流量特性和阀门增益

2.4.3流量特性的选择

2.5广义对象及经验建模方法

2.5.1广义对象的概念

2.5.2经验建模的步骤

2.5.3广义对象的测试法建模

思考题与习题

3反馈控制

3.1控制系统的性能指标

3.1.1以阶跃响应曲线的特征参数作为性能指标

3.1.2偏差积分性能指标

3.2三种常规的反馈控制模式

3.2.1比例控制

3.2.2比例积分控制

3.2.3比例积分微分控制

3.3PID控制器的选取与整定

3.3.1控制器的选型

3.3.2PID参数整定

3.3.3PID参数自整定

3.4单回路反馈控制系统的投运

思考题与习题

4前馈控制和比值控制

4.1前馈控制系统

4.1.1前馈控制的基本原理

4.1.2前馈控制系统的特点

4.2前馈控制系统的结构形式

4.2.1静态前馈

4.2.2动态前馈

4.2.3前馈反馈控制

4.2.4多变量前馈控制

4.2.5用计算机实施前馈控制

4.3比值控制系统

4.3.1定比值控制

4.3.2变比值控制

4.3.3比值控制的实施

4.3.4比值控制系统的设计与投运

4.3.5比值控制系统中的若干问题

思考题与习题

5其他典型控制系统

5.1串级控制系统

5.1.1串级控制的概念及方框图描述

5.1.2串级控制系统分析

5.1.3串级控制系统设计

5.1.4串级控制系统举例

5.2均匀控制

5.2.1均匀控制的由来

5.2.2均匀控制的实现

5.2.3均匀控制的控制器参数整定

5.3选择性控制系统

5.3.1用于设备软保护的选择性控制

5.3.2其他选择性控制系统

5.4分程控制系统和阀位控制系统

5.4.1分程控制系统

5.4.2阀位控制系统

5.5非线性过程增益补偿

5.5.1非线性过程的特点

5.5.2非线性增益补偿方法

5.5.3pH中和过程控制

思考题与习题

6计算机控制系统

6.1计算机控制系统概述

6.2信号采集与处理

6.2.1信号采集与变换

6.2.2信号处理与数据滤波

6.3数字PID控制算法

6.3.1数字PID控制算式

6.3.2数字PID改进算式

6.3.3数字PID控制的实现

6.4数字控制系统举例

6.4.1DCS（Distributed Control System）概念

6.4.2JX300X系统结构

6.4.3JX300X系统软件

思考题与习题

7多回路控制系统分析与设计

7.1相对增益

7.1.1相对增益的概念

7.1.2相对增益矩阵的计算

7.2耦合系统的变量配对与控制参数整定

7.2.1耦合系统的变量配对

7.2.2耦合多回路系统的控制参数整定

7.3多回路系统的解耦设计

7.3.1基于方块图的线性解耦器

7.3.2基于过程机理的非线性解耦器

思考题与习题

8基于模型的控制方法

8.1史密斯预估控制

8.1.1史密斯补偿原理

8.1.2史密斯预估器的几种改进方案

8.2内模控制

8.2.1内模控制系统的结构与性质

8.2.2内模控制器的设计方法

8.2.3改进型内模控制系统

8.3模型预测控制

8.3.1模型预测控制的基本原理

8.3.2SISO无约束动态矩阵控制

8.3.3MIMO受约束动态矩阵控制

8.3.4预测控制软件包简介

8.4应用示范

8.4.1WoodBerry塔的预测控制仿真

8.4.2工业应用实例

思考题与习题

9间歇过程控制

9.1间歇生产过程及控制

9.1.1概述

9.1.2间歇生产过程控制系统

9.2顺序逻辑控制

9.3间歇生产过程中的控制

9.3.1间歇生产过程的特殊控制方法

9.3.2间歇反应器的控制

9.4批次对批次（RuntoRun）控制

9.4.1概述

9.4.2指数加权移动平均控制算法

9.4.3应用示例

9.5间歇生产过程管理

9.5.1处方（Recipe）和配方的管理

9.5.2间歇生产过程计划与调度

思考题与习题

10传热设备的控制

10.1传热设备的静态与动态特性

10.1.1热量传递的三种方式

10.1.2换热设备的结构类型

10.1.3换热设备的静态特性

10.1.4换热设备的动态特性

10.2换热设备的控制

10.2.1换热器的控制

10.2.2蒸汽加热器的控制

10.2.3冷凝冷却器的控制

10.3加热炉的控制

10.3.1加热炉的单回路控制方案

10.3.2加热炉的串级控制方案

10.4锅炉设备的控制

10.4.1汽包水位的控制

10.4.2燃烧系统的控制

10.4.3蒸汽过热系统的控制

思考题与习题

11精馏塔的控制

11.1精馏塔的控制目标

11.1.1质量指标

11.1.2产品产量和能量消耗

11.2精馏塔的静态特性和动态特性

11.2.1精馏塔的静态特性

11.2.2精馏塔的动态模型

11.3精馏塔质量指标的选取

11.3.1灵敏板的温度控制

11.3.2温差控制

11.3.3双温差控制

11.4精馏塔的常用控制方案

11.4.1物料平衡控制

11.4.2精馏段质量指标控制

11.4.3提馏段质量指标控制

11.4.4两端质量指标控制

11.5精馏塔的先进控制方案

11.5.1内回流控制

11.5.2产品质量的软测量与推断控制

11.5.3精馏塔的节能控制

思考题与习题

12化学反应过程控制

12.1化学反应过程概述

12.1.1化学反应器的类型

12.1.2化学反应的基本规律

12.2化学反应器的动态数学模型

12.2.1基本动态方程式

12.2.2反应器的热稳定性

12.3反应器的基本控制方案

12.3.1概述

12.3.2反应器的温度控制

12.3.3外围条件的稳定控制

12.4典型反应器的控制方案设计

12.4.1聚合反应釜的控制

12.4.2合成氨过程的控制

思考题与习题

参考文献

过程控制工程为自动控制学科的重要组成部分，是自动化专业学生的必修课程之一。《过程控制工程（第3版）》是在原国家规划教材《化工过程控制工程》和《过程控制工程》（第二版）的基础上重新编写的。

全书共分１２章，第１章为过程控制概论；第２～６章讲述常规控制技术，内容包括过程动态建模，ＰＩＤ单回路控制，前馈与比值控制，串级、均匀、选择与分程控制等；第７、８章为先进控制技术，内容包括关联分析与解耦设计、基于模型的模型方法等;第９～１２章为常用过程操作单元的控制方案，内容包括传热设备控制、精馏塔控制、化学反应过程控制及间歇过程控制概论。