过程控制技术及其应用

第1章 绪论

1.1 过程控制发展简介

1.1.1 仪表控制阶段

1.1.2 计算机控制阶段

1.1.3 网络过程自动化阶段

1.2 过程控制系统的特点与分类

1.2.1 过程控制系统的特点

1.2.2 过程控制系统的分类

1.3 过程控制系统及其基本组成

1.3.1 被控过程

1.3.2 检测器

1.3.3 控制器

1.3.4 执行器

1.4 过程控制系统的评价与质量指标

1.4.1 阶跃响应型单项性能指标

1.4.2 偏差积分型综合性能指标

本章小结

思考题与习题

第2章检测仪表

2.1 检测仪表与测量误差

2.1.1 检测仪表

2.1.2 测量误差与分类

2.2 温度检测与变送

2.2.1 温度检测

2.2.2 热电偶

2.2.3 热电阻

2.2.4 温度变送器

2.2.5 温度检测仪表的选择

2.3 压力检测与变送

2.3.1 压力的定义、单位和仪表类型

2.3.2 弹性式压力检测仪表

2.3.3 电气式压力检测仪表

2.3.4 压力检测仪表的选用

2.4 流量检测与变送

2.4.1 流量的概念与流量计的分类

2.4.2 几种常用的流量计

2.5 物位检测与变送

2.5.1 差压式液位计

2.5.2 电容式物位计

2.5.3 雷达式物位计

本章小结

思考题与习题

第3章基本控制算法与仪表

3.1 基本控制算法及其特点

3.1.1 比例控制

3.1.2 比例积分控制

3.1.3 比例微分控制

3.1.4 比例积分微分控制

3.1.5 基本控制算法的选择要点

3.1.6 PID控制器的工程应用

3.2 模拟控制仪表

3.2.1 概况

3.2.2 输入电路

3.2.3 PID电路

3.2.4 输出电路

3.2.5 手动操作电路及无扰切换

3.2.6 指示电路

3.3 数字控制仪表

3.3.1 数字式控制器的基本构成

3.3.2 数字式控制器实例

本章小结

思考题与习题

第4章执行器与安全栅

4.1 概述

4.2 气动调节阀

4.2.1 气动调节阀的基本结构

4.2.2 调节阀的类型

4.2.3 调节阀的流量特性

4.2.4 调节阀的辅助机构

4.2.5 调节阀的选择

4.3 电动调节阀

4.3.1 伺服放大器与伺服电动机

4.3.2 减速器的作用

4.3.3 位置发送器

4.4 变频器

4.4.1 变频器的结构与原理

4.4.2 变频器在过程控制中的应用

4.5 安全栅

4.5.1 安全火花防爆概念

4.5.2 安全栅的基本类型与原理

4.5.3 输入式∕输出式安全栅

本章小结

思考题与习题

第5章过程建模

5.1 被控过程的数学模型与建立

5.1.1 过程的数学模型

5.1.2 过程建模的目的与要求

5.1.3 过程建模的方法

5.2 机理法建模

5.2.1 机理法建模的基本思路

5.2.2 有自平衡能力过程建模

5.2.3 无自平衡能力过程建模

5.3 测试法建模

5.3.1 测试法建模的方法

5.3.2 时域响应曲线法

5.4 基于最小二乘法的过程辨识

5.4.1 离散时间系统模型

5.4.2 批处理最小二乘法

5.4.3 递推最小二乘法

5.4.4 具有遗忘因子的递推最小二乘法

5.4.5 递推增广最小二乘法

5.4.6 模型阶次的确定

本章小结

思考题与习题

第6章常用过程控制系统

6.1 单回路控制系统设计

6.1.1 单回路控制系统的基本结构与原理

6.1.2 被控量的选择

6.1.3 操纵量及控制通道的选择

6.1.4 执行器的选择

6.1.5 控制规律与作用方式的选择

6.1.6 检测器的选择与布置

6.2 系统投运与参数整定

6.2.1 系统投运

6.2.2 控制器参数整定及其方法

6.2.3 工程整定法

6.3 单回路控制系统设计举例

6.3.1 生产过程与任务要求

6.3.2 控制方案的选择

6.4 串级控制系统

6.4.1 问题的出现

6.4.2 串级控制系统的提出

6.4.3 基本结构、工作特点与应用场合

6.5 串级控制系统的设计、整定与举例

6.5.1 串级控制系统的设计

6.5.2 控制器参数整定

6.5.3 设计举例

本章小结

思考题与习题

第7章满足特定要求的过程控制系统

7.1 比值控制系统

7.1.1 基本概念

7.1.2 比值控制系统的类型

7.1.3 比值控制系统设计

7.1.4 比值控制系统的实施与参数整定

7.1.5 比值控制的应用举例

7.2 均匀控制系统

7.2.1 均匀控制的提出及其概念

7.2.2 均匀控制系统的常见类型

7.2.3 均匀控制器参数整定

7.3 分程控制系统

7.3.1 分程控制

7.3.2 值得关注的问题及其解决方法

7.3.3 应用举例

7.4 选择性控制系统

7.4.1 选择性控制的产生与概念

7.4.2 选择控制系统的类型、结构与原理

7.4.3 选择性控制系统的设计

7.4.4 选择性控制系统的应用

本章小结

思考题与习题

第8章复杂过程控制系统

8.1 前馈控制系统

8.1.1 前馈控制的概念与特点

8.1.2 前馈控制的几种形式

8.1.3 前馈控制的选用与前馈控制器

8.1.4 前馈控制系统的应用

8.2 时延控制系统

8.2.1 时延问题

8.2.2 预估补偿控制

8.2.3 预估补偿控制的改进

8.3 解耦控制系统

8.3.1 解耦控制系统

8.3.2 耦合程度与性质

8.3.3 变量配对与控制器参数整定

8.3.4 解耦控制系统的设计

8.3.5 两个相关的问题

8.4 模型预测控制系统

8.4.1 概述

8.4.2 模型算法控制

8.4.3 多步动态矩阵控制

8.4.4 几个参数的讨论

本章小结

思考题与习题

第9章过程计算机控制系统

9.1 概述

9.1.1 计算机集中式控制系统

9.1.2 集散控制系统

9.1.3 现场总线控制系统

9.1.4 工业以太网控制系统

9.2 直接数字控制系统

9.2.1 数字控制系统的组成与工作原理

9.2.2 信号采集、数字滤波与数据处理

9.2.3 数字控制算法

9.2.4 数据输出

9.3 ControlNet现场总线控制系统

9.3.1 ControlNet概况与体系结构

9.3.2 ControlNet通信模式与信息交换

9.3.3 ControlNet传输技术

9.3.4 ControlNet总线产品

9.3.5 ControlNet现场总线应用举例

9.4 工业以太网控制技术

9.4.1 工业以太网系统结构

9.4.2 工业以太网的关键技术

9.4.3 几种典型的工业以太网

9.4.4 工业以太网存在的问题

本章小结

思考题与习题

第10章过程控制系统的设计及举例

10.1 过程控制设计概要

10.1.1 过程控制的设计要求

10.1.2 设计过程控制前要做的工作

10.1.3 过程控制系统设计的主要内容

10.2 锅炉设备的控制

10.2.1 锅炉设备

10.2.2 汽包水位控制系统

10.2.3 锅炉燃烧控制系统

10.2.4 蒸汽过热过程的控制

本章小结

思考题与习题

附录A 过程控制试题

过程控制试题一

过程控制试题二

附录B 镍铬镍硅(镍铝)热电偶分度表(分度号K)

参考文献

本书是本科专业课程“过程控制”的教材，包括了过程控制系统的相关概念、检测仪表、基本控制算法与仪表、执行器与安全栅、过程建模、不同类型的过程控制系统以及相关设计等内容，为学生后续学习过程控制系统的分析与设计提供理论基础和应用模式。本书举例结合实际工业过程，或用MATLAB软件进行仿真，既展示了设计理念与技巧，又具有一定的指导和示范作用。本书取材典型、内容实用、技术先进，教学资源丰富。每章首有内容提示，章尾有小结与习题，附录有考试模拟题，并在网上提供了思考题、习题和试题的参考答案。本书可用作自动化、电气工程及其自动化、过程装备与控制工程等专业的本科教材或教学参考书，也可作为流程工业相关技术人员维护、改造和设计过程控制系统的自学读本。