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第1章 绪论1

1.1过程控制系统与自动化仪表发展概况1

1.2过程控制系统的组成与特点2

1.2.1过程控制系统的组成2

1.2.2过程控制系统的特点3

1.3过程控制系统与自动化仪表的分类3

1.4评价过程控制系统的性能指标5

思考题与习题7

第2章 过程特性9

2.1过程的数学模型10

2.1.1过程变量10

2.1.2状态变量和状态方程10

2.2机理法建模11

2.2.1单容过程建模12

2.2.2过程特性14

2.2.3多容过程建模16

2.2.4分布式参数系统建模16

2.3测试法建模17

2.3.1冲激响应17

2.3.2响应曲线法18

2.3.3相关统计法20

2.3.4最小二乘法25

思考题与习题28

第3章 检测与变送30

3.1过程检测仪表的组成30

3.2测量误差和检测仪表性能指标31

3.2.1测量误差的分类31

3.2.2检测仪表的基本技术指标31

3.3温度检测33

3.3.1热电偶33

3.3.2热电阻38

3.3.3温度变送器40

3.3.4辐射温度计40

3.4压力检测43

3.4.1弹性式压力测量元件与压力表44

3.4.2固态压力仪表45

3.4.3压力变送器46

3.5流量检测48

3.5.1流量检测的基本概念及单位48

3.5.2流量检测仪表49

3.6物位测量57

3.6.1液位检测58

3.6.2料位与相界面检测60

3.7成分检测仪表65

3.7.1红外气体分析仪表65

3.7.2热导式气体分析仪表67

3.7.3气相色谱分析仪表68

思考题与习题71

第4章 调节器73

4.1调节器的PID控制规律73

4.1.1比例作用控制算法74

4.1.2比例-积分作用控制算法76

4.1.3比例-微分作用控制算法77

4.1.4比例-积分-微分作用控制算法79

4.1.5一组MATLAB仿真实验79

4.2 DDZ-Ⅲ调节器80

4.2.1基型调节器的盘面布置80

4.2.2基型调节器的组成81

4.2.3输入电路82

4.2.4 PID运算电路83

4.2.5输出电路85

4.2.6手动操作电路及自动-手动切换85

4.2.7测量及给定指示电路87

4.3可编程数字调节器88

4.3.1 KMM可编程调节器的主要特点88

4.3.2 KMM可编程调节器的构成88

4.3.3 KMM可编程调节器的功能90

4.3.4可编程序调节器的用户编程94

思考题与习题100

第5章 执行器与安全栅101

5.1执行器101

5.1.1执行器的构成101

5.1.2执行器的分类及特点101

5.2气动执行器102

5.2.1气动执行机构102

5.2.2调节阀104

5.2.3电-气转换器与阀门定位器112

5.3电动执行器113

5.3.1电动执行机构工作原理113

5.3.2电动执行机构的特性115

5.4智能执行器115

5.4.1概述115

5.4.2智能执行器应用举例117

5.5安全栅117

5.5.1安全火花防爆系统与防爆等级118

5.5.2齐纳式安全栅118

5.5.3隔离式安全栅119

思考题与习题121

第6章 单回路控制系统123

6.1单回路控制系统设计概述123

6.1.1过程控制系统设计的基本要求123

6.1.2过程控制系统设计的基本方法124

6.1.3过程控制系统设计的步骤124

6.2单回路控制系统方案设计125

6.2.1被控参数的选择125

6.2.2控制参数的选择125

6.2.3测量、变送器的选择128

6.2.4执行器的选择129

6.2.5调节器的选择130

6.3调节器参数的工程整定方法135

6.3.1临界比例度法135

6.3.2衰减曲线法136

6.3.3响应曲线法137

6.3.4经验试凑法138

6.3.5几种工程整定方法的比较139

6.4单回路控制系统设计应用举例140

6.4.1储槽液位控制系统设计140

6.4.2 乳化物干燥系统设计141

思考题与习题143

第7章 复杂过程控制系统144

7.1串级控制系统144

7.1.1串级控制系统的原理与结构144

7.1.2串级控制系统分析146

7.2串级控制系统设计149

7.2.1主、副回路控制器选择149

7.2.2串级控制系统参数的整定150

7.2.3串级控制系统设计举例151

7.3前馈控制系统152

7.3.1前馈控制系统的基本原理152

7.3.2前馈控制系统的主要结构形式154

7.3.3前馈控制的选用与稳定性156

7.3.4前馈控制系统参数的整定156

7.4时间滞后控制系统157

7.4.1史密斯预估控制系统157

7.4.2采样控制系统158

7.4.3时间滞后控制系统应用举例159

7.5比值控制系统160

7.5.1单闭环比值控制160

7.5.2双闭环比值控制160

7.5.3变比值控制161

7.5.4比值控制系统应用举例162

7.6均匀控制系统162

7.6.1均匀控制系统的基本原理162

7.6.2均匀控制系统方案162

7.7分程控制系统163

7.7.1分程控制原理164

7.7.2分程控制系统设计165

7.7.3分程控制系统应用165

7.8选择性控制167

7.8.1选择性控制系统类型167

7.8.2选择性控制系统设计168

7.8.3选择性控制系统的工业应用169

7.8.4选择性控制系统中的积分饱和及其防止169

7.9多变量解耦控制系统170

7.9.1多变量过程及其耦合170

7.9.2相对增益与相对增益矩阵170

7.9.3变量配对174

7.9.4解耦控制系统的设计175

思考题与习题179

第8章 先进控制系统182

8.1概述182

8.2适应性控制系统182

8.2.1预先适应控制182

8.2.2自适应控制184

8.3基于模型的控制184

8.3.1内模控制185

8.3.2模型预测控制185

8.3.3基于过程模型的控制187

8.4专家系统187

8.5模糊控制188

8.6适应过程参数变化的控制系统190

8.6.1适应静态增益变化的控制系统190

8.6.2适应纯滞后时间变化的控制系统192

8.6.3适应时间常数变化的控制系统193

思考题与习题195

第9章 计算机过程控制系统196

9.1计算机过程控制系统的构成196

9.1.1计算机过程控制系统的特点196

9.1.2计算机过程控制系统的发展趋势197

9.2可编程序控制器197

9.2.1可编程序控制器的组成与工作原理198

9.2.2可编程序控制器的应用202

9.3集散控制系统203

9.3.1 DCS组成与体系结构203

9.3.2集散型控制系统的应用206

9.4现场总线控制系统207

9.4.1 FCS组成与结构207

9.4.2几种主要的现场总线简介208

9.4.3现场总线控制系统应用210

9.5工业以太网络211

9.5.1工业以太网概述212

9.5.2工业以太网的应用213

思考题与习题216

第10章 生产过程控制实例217

10.1发电厂单元机组协调控制系统217

10.1.1单元机组的生产过程及其协调控制系统217

10.1.2单元机组负荷控制方式219

10.2转炉的过程控制221

10.2.1顶吹供氧控制系统221

10.2.2底吹供气控制系统222

10.3精馏塔的控制223

10.3.1精馏塔的控制要求223

10.3.2被控变量的选择224

10.3.3精馏塔的控制方案225

思考题与习题226

参考文献227