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目录 1

前言 1

第1章 过程控制系统概述 1

1.1 过程控制系统组成及特点 1

1.1.1 过程控制认识 1

1.1.2 过程控制系统组成 2

1.1.3 过程控制的特点 4

1.2 过程控制系统分类及性能指标 5

1.2.1 过程控制系统的分类 5

1.2.2 过程控制的性能指标 7

1.3 过程控制技术的发展 11

1.3.1 过程控制仪表的发展 11

1.3.2 计算机在过程控制中的应用及发展 12

1.3.3 过程控制理论的发展 13

1.3.4 我国过程控制技术的发展 14

1.4 本课程的地位和任务 14

1.4.1 本课程的地位 14

1.4.2 本课程的任务 15

1.4.3 过程控制的设计 15

习题与思考题 16

第2章 过程检测仪表 18

2.1 检测仪表组成及接线方式 18

2.1.1 检测仪表组成 18

2.1.2 过程检测仪表的接线方式 19

2.2 测量误差及处理 21

2.2.1 测量误差的基本概念 21

2.2.2 测量变送中的几个问题 22

2.2.3 测量信号的处理 23

2.3 安全防爆基础 24

2.3.1 危险场所划分 24

2.3.2 防爆安全栅 25

2.4 温度检测 26

2.4.1 接触式与非接触式测温 27

2.4.2 热电偶 28

2.4.3 热电阻 31

2.4.4 集成式温度传感器 32

2.4.5 接触式测温元件的选型与安装 33

2.5 压力检测 34

2.5.1 弹性式压力检测 36

2.5.2 应变片式压力检测 37

2.5.3 压阻式压力检测 38

2.5.4 压力表的选择与安装 39

2.6 流量检测 40

2.6.1 容积式流量计 41

2.6.2 节流式流量计 42

2.6.3 浮子式流量计 45

2.6.4 涡轮流量计 46

2.6.5 漩涡（涡街）流量计 47

2.6.6 电磁流量计 47

2.6.7 超声波流量计 48

2.6.8 质量流量计 49

2.6.9 多相流体的流量测量 50

2.7.1 浮力式液位测量 51

2.7 物位测量 51

2.7.2 静压式液位测量 52

2.7.3 电容式物位测量 53

2.7.4 超声波式物位测量 54

2.7.5 雷达式物位测量 54

2.7.6 核辐射式物位计 55

2.7.7 光纤式液位测量 56

2.7.8 多相界面的测量 56

2.8 成分测量 57

2.8.1 热导式气体成分测量 58

2.8.2 红外式气体成分测量 59

2.8.3 氧化锆氧量成分测量 59

2.8.4 气相色谱成分测量 60

2.8.5 工业电导仪 62

2.8.6 工业酸度计 63

2.8.7 浊度的检测 64

2.9 过程控制中的软测量技术 64

2.9.1 软测量技术 64

2.9.2 软测量方法 66

2.9.3 基于人工神经网络的软测量 68

习题与思考题 70

第3章 过程执行器 72

3.1 调节阀 72

3.1.1 电动执行机构 74

3.1.2 气动执行机构 74

3.1.3 调节阀的流通能力 75

3.1.4 调节阀的流量特性 77

3.1.5 调节阀的选择 83

3.2 变频器 87

3.2.1 变频器原理 87

3.2.2 变频器在过程控制中的应用 88

习题与思考题 90

第4章 被控过程 92

4.1 被控过程特性 92

4.1.1 自衡过程与非自衡过程 92

4.1.2 单容和多容过程 93

4.1.3 振荡和非振荡过程 94

4.1.4 具有反向特性的过程 95

4.2.1 增益（放大系数）K的影响 96

4.2 过程特性对控制品质的影响 96

4.2.2 时间常数T的影响 97

4.2.3 时滞τ的影响 98

4.3 被控过程数学模型 98

4.3.1 建立过程数学模型的目的 99

4.3.2 过程数学模型的求取方法 100

4.3.3 过程被控变量的选择 101

4.3.4 过程输入变量的选择 102

4.3.5 数学模型的无因次化 102

4.4 过程建模 103

4.4.1 机理建模 103

4.4.2 时域法建模 106

4.4.3 频域法建模 110

4.4.4 最小二乘法建模 111

习题与思考题 114

5.1 开关控制 116

5.1.1 可编程序逻辑控制器简介 116

第5章 常规过程控制策略 116

5.1.2 PLC在过程控制中的应用 119

5.2 PID控制 123

5.2.1 模拟式PID调节器 124

5.2.2 数字式PID调节器 125

5.2.3 改进的PID算法 127

5.3 PID参数的整定 129

5.3.1 参数整定原则 129

5.3.2 参数整定方法 130

5.4 PID调节器控制规律的选择 132

5.4.1 根据过程特性选择调节器控制规律 132

5.4.3 控制器正／反作用选择 133

5.4.2 根据τo/To比值选择调节器控制规律 133

5.5 过程控制系统的投运与维护 134

习题与思考题 135

第6章 先进过程控制策略 137

6.1 内模控制 138

6.1.1 理想内模控制器 138

6.1.2 实际内模控制器 139

6.1.3 内模控制器与反馈控制器的关系 139

6.2 模型预测控制 140

6.2.1 模型预测控制的特点 141

6.2.2 模型算法控制 142

6.2.3 动态矩阵控制 145

6.3 模糊控制 148

6.2.4 模型预测控制中应注意的问题 148

6.3.1 模糊逻辑基础 149

6.3.2 模糊控制系统 153

6.3.3 模糊控制器设计 155

6.4 神经网络控制 158

6.4.1 神经网络概念 158

6.4.2 神经网络控制 163

6.5 专家控制 165

6.5.1 专家系统概述 166

6.5.2 专家控制系统 167

6.5.3 专家控制器 171

习题与思考题 172

7.1.1 串级控制问题的提出 173

7.1 串级控制系统结构 173

第7章 串级控制系统 173

7.1.2 串级控制系统结构 175

7.2 串级控制系统分析 177

7.2.1 减小了被控对象的等效时间常数 177

7.2.2 提高了系统工作频率 179

7.2.3 对负载变化具有一定的自适应能力 180

7.3 串级控制系统设计 181

7.3.1 设计原则 181

7.3.2 主、副控制器选择 186

7.3.3 串级控制系统的整定 188

7.4 串级控制系统设计举例 189

习题与思考题 192

8.1.1 前馈控制的原理和特点 194

第8章 复杂过程控制系统 194

8.1 前馈控制系统 194

8.1.2 前馈控制系统的结构形式 197

8.1.3 前馈控制的应用 198

8.2 时间滞后控制系统 202

8.2.1 史密斯（Smith）预估补偿方案 202

8.2.2 采样控制方案 203

8.3 解耦控制系统 205

8.3.1 多变量系统中的耦合与解耦 205

8.3.2 相对增益 207

8.3.3 耦合系统的解耦设计方法 211

8.4 比值控制系统 215

8.4.1 单闭环比值控制 215

8.3.4 解耦系统的简化 215

8.4.2 双闭环比值控制 216

8.4.3 变比值控制 217

8.5 均匀控制系统 219

8.6 超弛控制系统 220

8.7 分程控制系统 222

8.8 阀位控制系统 225

习题与思考题 226

第9章 计算机过程控制系统 230

9.1 计算机过程控制系统的特点和构成 230

9.1.1 计算机过程控制系统的特点 230

9.1.2 计算机过程控制系统的发展趋势 231

9.1.3 计算机过程控制系统的构成 232

9.2.2 直接数字控制（DDC）系统 233

9.2 计算机过程控制系统的应用型式 233

9.2.1 巡回检测与数据处理 233

9.2.3 监督控制（SCC）系统 234

9.2.4 集散控制系统（DCS） 234

9.3 集散控制系统（DCS） 235

9.3.1 DCS的体系结构 235

9.3.2 DCS的基本组成 236

9.3.3 典型DCS简介 241

9.4 基于PLC的监督控制与数据采集系统 245

9.4.1 PLC-SCADA系统和DCS的比较 246

9.4.2 组态软件 247

9.4.3 基于Web的远程监控 248

9.5.1 现场总线及其特点 252

9.5 现场总线技术 252

9.5.2 现场总线通信模型 253

9.5.3 常见现场总线简介 254

9.5.4 现场总线控制系统 257

9.6 计算机信息集成技术 258

9.6.1 计算机信息集成概述 259

9.6.2 实时数据库与关系数据库的集成 262

9.6.3 企业信息集成系统 266

习题与思考题 268

附录A 过程控制SAMA图 269

附录B 过程控制仪表位号 271

附录C 过程控制部分专业术语对照表 274

参考文献 277