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第1章 绪论 1

1.1过程控制工程课程的目的与任务 1

1.2过程控制概述 2

1.3过程控制的发展和趋势 3

习题和思考题 6

第2章 过程动态数学模型 7

2.1被控过程动态数学模型和建模 7

2.1.1被控过程的数学模型 7

2.1.2被控过程动态数学模型的建立 8

2.2过程特性对控制性能指标的影响 13

2.2.1自衡的非振荡过程特性对控制性能指标的影响 13

2.2.2控制系统的确定 14

习题和思考题 15

第3章 单回路控制系统 16

3.1控制系统组成和控制性能指标 16

3.1.1控制系统的组成 16

3.1.2控制系统的控制性能指标 19

3.2检测变送环节 22

3.2.1检测变送环节的性能 22

3.2.2检测变送信号的数据处理 24

3.3执行器环节 26

3.3.1执行器概述 26

3.3.2控制阀流量特性 28

3.3.3控制阀流量特性的选择 30

3.3.4阀门定位器的正确使用 33

3.3.5其他执行器 34

3.4控制器的控制算法 35

3.4.1模拟PID控制算法 35

3.4.2数字PID控制算法 44

3.4.3开关控制 48

3.5控制器参数整定和控制系统投运 49

3.5.1控制器参数整定原则 49

3.5.2控制器参数整定方法 50

3.5.3控制系统的投运和维护 53

3.6简单控制系统设计实例 54

3.6.1变换炉生产工艺过程简介 54

3.6.2控制方案分析 54

3.6.3检测变送仪表和控制仪表的选型 55

习题和思考题 56

第4章 常用复杂控制系统 58

4.1串级控制系统 58

4.1.1基本原理、结构和性能分析 58

4.1.2串级控制系统设计和工程应用中的问题 62

4.1.3串级控制系统中控制器的参数整定和系统投运 66

4.1.4串级控制系统设计示例 67

4.2均匀控制系统 69

4.2.1基本原理和结构 69

4.2.2均匀控制系统中控制器的参数整定 70

4.2.3均匀控制系统设计示例 71

4.3前馈控制系统 72

4.3.1基本原理、结构和性能分析 72

4.3.2前馈控制系统设计和工程应用中的问题 75

4.3.3前馈控制系统的参数整定和投运 78

4.3.4多变量前馈控制系统 78

4.3.5前馈控制系统设计示例 79

4.4比值控制系统 80

4.4.1基本原理、结构和性能分析 80

4.4.2比值控制系统的实施 81

4.4.3比值控制系统设计和工程应用中的问题 83

4.4.4比值控制系统的参数整定和投运 85

4.4.5比值控制系统设计示例 85

4.5分程控制系统 88

4.5.1基本原理、结构和性能分析 88

4.5.2分程控制系统设计和工程应用中的问题 88

4.5.3分程控制系统设计示例 91

4.6选择性控制系统 91

4.6.1基本原理、结构和性能分析 91

4.6.2选择性控制系统设计和工程应用中的问题 93

4.6.3选择性控制系统与其他控制系统的结合 93

4.6.4选择控制系统设计示例 94

4.7双重控制系统 96

4.7.1基本原理、结构和性能分析 96

4.7.2双重控制系统设计和工程应用中的问题 97

4.7.3双重控制系统设计示例 98

4.8根据模型计算的控制系统 99

4.8.1根据模型计算测量值的控制系统 99

4.8.2根据模型计算设定值的控制系统 100

4.8.3非线性控制 102

4.8.4根据模型计算的控制系统设计示例 104

习题和思考题 106

第5章 先进控制系统 109

5.1预测控制 109

5.1.1预测控制 109

5.1.2预测控制系统实施时的注意事项 112

5.1.3预测控制系统设计示例 113

5.2解耦控制 118

5.2.1系统关联分析和相对增益 118

5.2.2解耦控制系统的设计和工程应用中的问题 121

5.2.3解耦控制系统设计示例 126

5.3软测量和推断控制 130

5.3.1软测量技术 130

5.3.2推断控制系统 132

5.3.3软测量和推断控制设计示例 133

5.4时滞补偿控制 134

5.4.1史密斯预估补偿控制 135

5.4.2内模控制 136

5.4.3增益自适应补偿控制 138

5.4.4观测补偿控制 138

5.4.5时滞补偿控制系统设计示例 140

5.5智能控制 142

5.5.1概述 142

5.5.2模糊控制 142

5.5.3神经网络控制 146

5.5.4智能控制系统设计示例 149

5.6间歇过程的控制 151

5.6.1间歇过程的特点 151

5.6.2间歇过程的控制 152

5.6.3间歇过程控制系统的特殊控制 154

5.6.4间歇生产过程的生产计划和调度 155

习题和思考题 159

第6章 流体输送设备的控制 161

6.1泵和压缩机的基本控制 161

6.1.1离心泵的控制 161

6.1.2容积式泵的控制 163

6.1.3风机的控制 164

6.1.4压缩机的控制 165

6.2离心压缩机的防喘振控制 166

6.2.1离心压缩机的喘振 166

6.2.2离心压缩机防喘振控制系统的设计和应用时的注意事项 167

6.2.3离心压缩机防喘振控制系统设计示例 171

6.3变频调速技术的应用 172

6.3.1概述 172

6.3.2离心风机的变频调速控制 174

6.3.3离心式泵的变频调速 175

6.3.4变频调速控制系统设计示例 176

习题和思考题 178

第7章 传热设备的控制 179

7.1传热设备的特性 179

7.1.1热量传递方式 179

7.1.2换热器静态特性 180

7.2一般传热设备的控制 183

7.2.1一般传热设备的基本控制 183

7.2.2一般传热设备的复杂控制 184

7.3锅炉设备的控制 185

7.3.1锅炉汽包水位的控制 186

7.3.2蒸汽过热系统的控制 189

7.3.3锅炉燃烧控制系统 189

7.4加热炉的控制 193

7.4.1加热炉的简单控制 193

7.4.2加热炉的复杂控制 193

7.4.3加热炉的安全联锁保护系统 194

7.5蒸发器的控制 195

7.5.1蒸发器的特性 195

7.5.2蒸发器的控制 195

7.6工业窑炉的控制 196

7.6.1陶瓷窑炉的控制 196

7.6.2玻璃熔窑的控制 198

7.6.3水泥窑炉的控制 200

习题和思考题 201

第8章 精馏塔的控制 203

8.1概述 203

8.1.1精馏塔的控制目标 203

8.1.2精馏塔扰动分析 205

8.2精馏塔的特性 205

8.2.1物料平衡和内部物料平衡 205

8.2.2能量平衡 206

8.2.3进料浓度zF和流量F对产品质量的影响及控制策略 208

8.2.4精馏塔动态模型 210

8.3精馏塔的基本控制 213

8.3.1精馏塔的被控变量 213

8.3.2精馏塔的基本控制 215

8.4复杂控制系统在精馏塔中的应用 219

8.4.1串级控制 219

8.4.2前馈-反馈控制 219

8.4.3选择性控制 219

8.4.4节能控制 222

习题和思考题 227

第9章 化学反应器的控制 228

9.1概述 228

9.1.1化学反应器的类型和控制要求 228

9.1.2化学反应器的特性 229

9.2化学反应器的控制 235

9.2.1出料成分的控制 235

9.2.2反应过程的工艺状态参数作为间接被控变量 235

9.2.3 pH控制 236

9.2.4化学反应器的推断控制 237

9.2.5稳定外围的控制 238

9.2.6开环不稳定反应器的控制 239

9.3典型化学反应过程的控制系统设计示例 241

9.3.1合成氨过程的控制 241

9.3.2催化裂化过程反应-再生系统的控制 243

习题和思考题 244

附录 管道仪表流程图的设计符号 245

模拟试题 248

参考文献 250