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绪论1

0.1 过程控制技术的发展与趋势1

0.2 当前过程控制系统发展的一些主要特点3

0.3 过程控制工程的研究对象与任务7

第1章 过程动态数学模型9

1.1 过程动态特性9

1.1.1 典型过程动态特性9

1.1.2 过程特性对控制性能指标的影响12

1.2 过程动态数学模型概论14

1.2.1 动态数学模型的作用和要求14

1.2.2 建立数学模型的基本方法15

1.3 机理建模方法17

1.3.1 动态方程的一般列写方法17

1.3.2 机理模型建立的示例17

1.4 系统辨识概述28

1.4.1 辨识的定义28

1.4.2 辨识算法的基本原理30

1.4.3 辨识的内容和步骤31

1.5 非参数模型辨识方法37

1.5.1 阶跃响应法37

1.5.2 脉冲响应法39

1.6 最小二乘类系统辨识方法42

1.6.1 基本概念43

1.6.2 最小二乘问题的提法43

1.6.3 最小二乘问题的解45

1.6.4 最小二乘参数估计的递推算法46

习题和思考题49

第2章 简单控制系统50

2.1 控制系统组成和控制性能指标50

2.1.1 控制系统的组成50

2.1.2 控制系统的控制性能指标53

2.2 检测变送环节55

2.2.1 检测变送原理55

2.2.2 检测变送环节的性能57

2.2.3 检测变送器的选择原则57

2.2.4 对检测变送信号的处理59

2.3 控制阀的选择61

2.3.1 结构形式及材质的选择61

2.3.2 口径大小及控制阀作用方式的选择65

2.3.3 控制阀的流量特性66

2.3.4 控制阀流量特性的选择69

2.3.5 阀门定位器的选择73

2.3.6 其他执行器74

2.4 控制器的控制算法75

2.4.1 连续PID控制算法75

2.4.2 离散PID控制算法82

2.4.3 双位控制85

2.5 控制器控制规律选择与参数整定87

2.5.1 控制器控制规律选择87

2.5.2 控制器的参数整定若干原则88

2.5.3 控制器参数工程整定法89

2.5.4 控制系统的投运93

2.6 简单控制系统设计案例——干燥器温度控制94

2.6.1 控制方案设计94

2.6.2 过程检测控制仪表的选用95

习题和思考题97

第3章 复杂控制系统99

3.1 串级控制系统99

3.1.1 串级控制系统的基本原理和结构99

3.1.2 串级控制系统的特点101

3.1.3 串级控制系统的设计104

3.1.4 串级控制系统控制器参数整定及投运107

3.1.5 串级控制系统应用实例108

3.2 比值控制系统109

3.2.1 基本原理和结构109

3.2.2 比值系数的计算110

3.2.3 比值控制系统设计和工程应用中的问题112

3.2.4 比值控制系统的参数整定和投运113

3.2.5 比值控制系统应用实例113

3.3 均匀控制系统115

3.3.1 均匀控制系统的基本原理和结构115

3.3.2 均匀控制系统控制规律的选择及参数整定117

3.4 前馈控制系统118

3.4.1 基本原理118

3.4.2 前馈控制的主要结构形式119

3.4.3 前馈控制系统的设计及工程实施中若干问题120

3.4.4 前馈控制系统的投运和参数整定122

3.4.5 前馈控制系统的应用实例123

3.5 选择性控制系统124

3.5.1 基本原理和结构124

3.5.2 选择性控制系统设计和工程应用中的问题127

3.5.3 选择性控制系统应用实例128

3.6 分程控制系统130

3.6.1 不同工况需要不同的控制手段131

3.6.2 扩大控制阀的可调范围132

3.7 双重控制系统132

3.7.1 基本原理和结构132

3.7.2 双重控制系统设计和工程应用中的问题133

3.7.3 双重控制系统应用实例134

3.8 基于模型计算的控制系统135

3.8.1 质量流量的控制135

3.8.2 具有压力补偿的温度控制136

习题和思考题137

第4章 流体输送设备的流量控制139

4.1 概述139

4.2 泵与压缩机的流量控制139

4.2.1 离心泵的流量控制139

4.2.2 容积式泵的流量控制142

4.2.3 风机的控制143

4.2.4 压缩机的控制144

4.2.5 变频调速器的应用146

4.3 离心式压缩机的防喘振控制146

4.3.1 离心式压缩机的喘振146

4.3.2 防喘振控制系统147

4.3.3 应用实例152

习题和思考题156

第5章 传热设备的控制158

5.1 传热设备的特性158

5.1.1 传热过程的两个基本方程式159

5.1.2 换热器静态特性的基本方程式160

5.1.3 换热器的静态放大系数161

5.1.4 控制方案的分析162

5.2 一般传热设备的控制163

5.2.1 调节载热体流量163

5.2.2 调节载热体的汽化温度164

5.2.3 将工艺介质分路165

5.2.4 控制传热面积166

5.3 传热设备的热焓与热量控制方案167

5.3.1 热焓控制167

5.3.2 热量控制168

5.4 锅炉设备的控制169

5.4.1 锅炉汽包水位的控制170

5.4.2 锅炉燃烧系统的控制175

5.4.3 蒸汽过热系统的控制179

5.5 管式加热炉的控制180

5.5.1 加热炉的简单控制181

5.5.2 加热炉的串级控制系统182

5.5.3 安全联锁保护系统183

5.5.4 加热炉的热效率控制184

5.6 蒸发器的控制186

5.6.1 蒸发器的特性187

5.6.2 蒸发器的主控制回路187

5.6.3 蒸发器的辅助控制回路189

5.7 工业窑炉的控制190

5.7.1 玻璃窑炉的控制190

5.7.2 燃烧式工业窑炉的控制192

5.7.3 水泥窑炉的控制195

习题和思考题196

第6章 精馏塔的控制198

6.1 概述198

6.1.1 精馏过程的分类198

6.1.2 精馏塔的控制要求201

6.1.3 精馏塔的扰动分析201

6.2 精馏塔的特性202

6.2.1 精馏塔的静态特性202

6.2.2 精馏塔的动态特性208

6.3 精馏塔产品质量指标选择209

6.3.1 采用温度作为间接质量指标210

6.3.2 采用压力补偿的温度作为间接质量指标211

6.4 精馏塔的控制方案选择214

6.5 精馏塔的基本控制216

6.5.1 按精馏段指标的控制216

6.5.2 按提馏段指标的控制217

6.5.3 精馏塔的压力控制219

6.6 精馏塔的复杂控制系统方案222

6.6.1 串级控制系统222

6.6.2 前馈控制系统223

6.7 精馏塔的节能控制223

6.7.1 浮动塔压控制224

6.7.2 能量的综合利用控制225

6.7.3 产品质量的“卡边”控制227

6.7.4 双重控制用于精馏塔节能控制228

6.7.5 控制两端产品质量228

6.8 精馏塔的先进控制233

6.8.1 推断控制233

6.8.2 软测量——加氢裂化分馏塔航煤干点软测量236

6.8.3 内回流控制238

6.8.4 预测控制240

6.9 精馏塔的优化控制243

习题和思考题248

第7章 化学反应器的控制250

7.1 概述250

7.1.1 化学反应器的控制要求250

7.1.2 化学反应器的基本控制策略251

7.2 化学反应的基本规律252

7.2.1 化学反应速度252

7.2.2 化学平衡253

7.2.3 转化率254

7.2.4 化学反应器的热稳定性254

7.3 化学反应器的动态特性256

7.3.1 化学反应器的基本方程257

7.3.2 连续搅拌槽式反应器的动态特性258

7.4 化学反应器的基本控制259

7.4.1 出料成分的控制259

7.4.2 反应过程的工艺参数作为间接被控变量260

7.4.3 pH控制262

7.4.4 化学反应器的推断控制263

7.4.5 稳定外围的控制266

7.4.6 开环不稳定反应器的控制267

习题和思考题269

第8章 先进控制技术270

8.1 差拍控制系统270

8.1.1 差拍控制的基本原理271

8.1.2 达林算法271

8.1.3 V.E.控制算法272

8.2 纯滞后补偿控制系统272

8.2.1 Smith预估补偿控制方案272

8.2.2 自适应史密斯预估补偿控制方案274

8.2.3 应用实例275

8.3 解耦控制系统276

8.3.1 控制回路间的关联276

8.3.2 相对增益与控制回路选择276

8.3.3 减少和消除耦合的途径278

8.3.4 串接解耦控制280

8.3.5 工业应用实例282

8.4 模糊控制284

8.4.1 模糊控制的数学基础285

8.4.2 模糊控制器的基本结构286

8.4.3 模糊控制器设计实例289

8.5 神经网络控制292

8.5.1 人工神经元和人工神经网络292

8.5.2 典型神经网络295

8.5.3 神经网络建模297

8.5.4 神经网络控制299

8.6 专家控制301

8.6.1 专家系统301

8.6.2 专家控制302

8.7 基于模型的预测控制305

8.7.1 预测控制基本原理306

8.7.2 预测控制算法307

8.7.3 预测控制软件包的发展309

8.8 推断控制与软测量技术310

8.8.1 推断控制310

8.8.2 软测量技术314

8.9 自适应控制和鲁棒控制319

8.9.1 自适应控制概述319

8.9.2 自整定调节器320

8.9.3 模型参考型自适应控制系统322

8.9.4 自校正控制系统323

8.9.5 自适应控制工业应用实例324

8.9.6 鲁棒控制325

8.10 现场总线控制系统326

8.10.1 现场总线控制系统的主要特点326

8.10.2 现场总线控制系统327

8.11 综合自动化系统331

8.11.1 综合自动化的意义331

8.11.2 综合自动化系统的特点333

8.11.3 工业生产过程计算机集成控制系统的构成334

习题和思考题334

第9章 工业生产过程监控与操作优化336

9.1 工业生产过程监控技术336

9.1.1 过程监控的意义336

9.1.2 过程监控的一般步骤337

9.2 故障检测诊断与容错控制技术338

9.2.1 工业生产过程的故障检测与诊断的一些概念338

9.2.2 故障检测与诊断的主要方法340

9.2.3 工业生产过程容错控制技术344

9.3 工业生产过程操作优化方法346

9.3.1 操作优化的概念346

9.3.2 常用的最优化方法351

9.3.3 操作优化示例358

习题和思考题361

第10章 典型工业生产过程的控制362

10.1 合成氨过程的控制362

10.1.1 变换炉的控制362

10.1.2 转化炉水／碳比控制363

10.1.3 合成塔的控制364

10.2 常减压过程的控制366

10.2.1 常压塔的控制366

10.2.2 减压塔的控制368

10.3 催化裂化过程的控制369

10.3.1 催化裂化过程反应-再生系统的控制369

10.3.2 裂解气分馏塔的控制370

10.3.3 吸收-稳定系统的控制371

10.4 乙烯生产过程的控制372

10.4.1 裂解过程的控制373

10.4.2 分离过程的控制376

10.5 聚合过程的控制379

10.5.1 聚对苯二甲酸乙二酯（聚酯）过程的控制379

10.5.2 聚氯乙烯过程的控制381

10.5.3 聚乙烯过程的控制383

10.6 生化过程的控制387

10.6.1 常用生化过程的控制387

10.6.2 啤酒发酵过程的控制390

10.7 制浆造纸过程的控制392

10.7.1 制浆造纸过程浓度与配浆的控制392

10.7.2 硫酸盐法制浆过程的控制394

10.8 冶金过程的控制396

10.8.1 转炉炼钢过程的控制396

10.8.2 氧化转炉炼钢控制399

10.8.3 初轧生产过程的控制401

习题和思考题403

附录1 工程设计表达与图例符号规定404

附录2 控制系统设计文件目录414

附录3 自控专业工程设计用标准及规范416

参考文献419