过程控制工程（第四版）

1过程控制概论1
1.1控制系统的组成与目标1
1.1.1控制系统的由来1
1.1.2控制系统的组成3
1.1.3过程控制的术语与目标4
1.2控制仪表与控制装置5
1.2.1单元组合控制仪表5
1.2.2计算机控制装置6
1.3过程控制策略9
1.3.1反馈控制9
1.3.2前馈控制11
1.4反馈控制系统的分类12
1.5过程控制的任务和要求13
思考题与习题116

2过程动态特性17
2.1典型工业过程的动态特性17
2.1.1自衡过程17
2.1.2非自衡过程19
2.2机理建模方法21
2.2.1机理建模的步骤21
2.2.2常用的方程21
2.2.3机理建模举例26
2.3测量变送环节31
2.3.1关于测量误差31
2.3.2测量信号的处理32
2.4控制阀32
2.4.1控制阀概述32
2.4.2流量特性和阀门增益33
2.4.3流量特性的选择36
2.5广义对象及经验建模方法38
2.5.1广义对象的概念38
2.5.2经验建模的步骤39
2.5.3广义对象的测试法建模39
思考题与习题245

3反馈控制48
3.1控制系统的性能指标48
3.1.1以阶跃响应曲线的特征参数作为性能指标48
3.1.2偏差积分性能指标50
3.2三种常规的反馈控制模式51
3.2.1比例控制51
3.2.2比例积分控制52
3.2.3比例积分微分控制55
3.3PID控制器的选取与整定56
3.3.1控制器的选型56
3.3.2PID参数整定57
3.3.3PID参数自整定60
3.4单回路反馈控制系统的投运64
思考题与习题364

4前馈控制和比值控制65
4.1前馈控制系统65
4.1.1前馈控制的基本原理65
4.1.2前馈控制系统的特点67
4.2前馈控制系统的结构形式67
4.2.1静态前馈67
4.2.2动态前馈68
4.2.3前馈反馈控制69
4.2.4多变量前馈控制70
4.2.5用计算机实施前馈控制72
4.3比值控制系统73
4.3.1定比值控制74
4.3.2变比值控制76
4.3.3比值控制的实施77
4.3.4比值控制系统的设计与投运80
4.3.5比值控制系统中的若干问题81
思考题与习题483

5其他典型控制系统85
5.1串级控制系统85
5.1.1串级控制的概念及方框图描述85
5.1.2串级控制系统分析86
5.1.3串级控制系统设计87
5.1.4串级控制系统举例90
5.2均匀控制96
5.2.1均匀控制的由来96
5.2.2均匀控制的实现97
5.2.3均匀控制的控制器参数整定99
5.3选择性控制系统99
5.3.1用于设备软保护的选择性控制99
5.3.2其他选择性控制系统101
5.4分程控制系统和阀位控制系统103
5.4.1分程控制系统103
5.4.2阀位控制系统107
5.5非线性过程增益补偿108
5.5.1非线性过程的特点108
5.5.2非线性增益补偿方法111
5.5.3pH中和过程控制116
思考题与习题5122

6计算机控制系统125
6.1计算机控制系统概述125
6.2信号采集与处理127
6.2.1信号采集与变换127
6.2.2信号处理与数据滤波130
6.3数字PID控制算法133
6.3.1数字PID控制算式133
6.3.2数字PID改进算式134
6.3.3数字PID控制的实现137
6.4数字控制系统举例139
6.4.1DCS（Distributed Control System）概念139
6.4.2JX-300X系统结构140
6.4.3JX-300X系统软件144
思考题与习题6146

7多回路控制系统分析与设计147
7.1相对增益147
7.1.1相对增益的概念148
7.1.2相对增益矩阵的计算149
7.2耦合系统的变量配对与控制参数整定151
7.2.1耦合系统的变量配对151
7.2.2耦合多回路系统的控制参数整定153
7.3多回路系统的解耦设计157
7.3.1基于方块图的线性解耦器158
7.3.2基于过程机理的非线性解耦器163
思考题与习题7165

8基于模型的控制方法167
8.1史密斯预估控制167
8.1.1史密斯补偿原理167
8.1.2史密斯预估器的几种改进方案170
8.2内模控制171
8.2.1内模控制系统的结构与性质171
8.2.2内模控制器的设计方法172
8.2.3改进型内模控制系统173
8.3模型预测控制176
8.3.1模型预测控制的基本原理177
8.3.2SISO无约束动态矩阵控制178
8.3.3MIMO受约束动态矩阵控制181
8.3.4预测控制软件包简介183
8.4应用示范186
8.4.1Wood-Berry塔的预测控制仿真186
8.4.2工业应用实例187
思考题与习题8191

9过程控制系统方案设计192
9.1概论192
9.2连续放热反应釜的控制193
9.3处理废水的氯化消毒处理198
9.4烃类废气收集罐的压力控制201
思考题与习题9206

10传热设备的控制211
10.1传热设备的静态与动态特性211
10.1.1热量传递的三种方式211
10.1.2换热设备的结构类型213
10.1.3换热设备的静态特性213
10.1.4换热设备的动态特性215
10.2换热设备的控制217
10.2.1换热器的控制217
10.2.2蒸汽加热器的控制218
10.2.3冷凝冷却器的控制219
10.3加热炉的控制220
10.3.1加热炉的单回路控制方案221
10.3.2加热炉的串级控制方案222
10.4锅炉设备的控制225
10.4.1汽包水位的控制227
10.4.2燃烧系统的控制232
10.4.3蒸汽过热系统的控制235
思考题与习题10235

11精馏塔的控制238
11.1精馏塔的控制目标238
11.1.1质量指标238
11.1.2产品产量和能量消耗239
11.2精馏塔的静态特性和动态特性240
11.2.1精馏塔的静态特性240
11.2.2精馏塔的动态模型242
11.3精馏塔质量指标的选取247
11.3.1灵敏板的温度控制247
11.3.2温差控制248
11.3.3双温差控制248
11.4精馏塔的常用控制方案249
11.4.1物料平衡控制251
11.4.2精馏段质量指标控制255
11.4.3提馏段质量指标控制261
11.4.4两端质量指标控制263
11.5精馏塔的先进控制方案267
11.5.1内回流控制267
11.5.2产品质量的软测量与推断控制268
11.5.3精馏塔的节能控制270
思考题与习题11272

12化学反应过程控制274
12.1化学反应过程概述274
12.1.1化学反应器的类型274
12.1.2化学反应的基本规律276
12.2化学反应器的动态数学模型279
12.2.1基本动态方程式279
12.2.2反应器的热稳定性280
12.3反应器的基本控制方案282
12.3.1概述282
12.3.2反应器的温度控制283
12.3.3外围条件的稳定控制286
12.4典型反应器的控制方案设计288
12.4.1聚合反应釜的控制288
12.4.2合成氨过程的控制291
思考题与习题12297

参考文献298