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過程控制系統 版權信息
- ISBN：9787121443138
- 條形碼：9787121443138 ; 978-7-121-44313-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
過程控制系統 本書特色
通過本書的學習，使讀者能夠掌握過程控制系統的基本概念、基本組成環節和基本控制規律，了解過程控制系統的基本工作原理及典型過程控制系統的工程設計方法，為從事生產過程自動控制工作打下初步基礎。 全書共10章，每章內容都將控制理論與過程控制實際相結合，并進行各系統的仿真實驗驗證，以加深對本書內容的理解。本書可作為自動化專業及石化、電力、輕工、環境工程等專業的教材或參考書，也可供設計院所和企業過程控制工程技術人員參考。
過程控制系統 內容簡介
過程控制是由控制理論、計算機技術和儀器儀表、工藝知識等知識相結合而構成的一門應用科學，其任務是在了解、熟悉、掌握生產工藝流程與生產過程的靜態和動態特性的基礎上，根據工藝要求，應用控制理論、現代控制技術，分析、設計、整定過程控制系統。通過本書的學習，使讀者能夠掌握過程控制系統的基本概念、基本組成環節和基本控制規律，了解過程控制系統的基本工作原理及典型過程控制系統的工程設計方法，為從事生產過程自動控制工作打下初步基礎。 本書重點討論了被控過程數學模型建立方法、簡單控制系統設計與參數整定，以及復雜控制系統（如串級、前饋、比值、均勻、分程、選擇、大延遲補償、解耦等控制系統）的工作原理與設計方法；簡要介紹了智能模糊控制技術的相關知識及DCS與現場總線控制系統；*后結合企業工程項目介紹了典型過程控制系統的工業應用設計實例。全書共10章，每章內容都將控制理論與過程控制實際相結合，并進行各系統的仿真實驗驗證，以加深對本書內容的理解。本書可作為自動化專業及石化、電力、輕工、環境工程等專業的教材或參考書，也可供設計院所和企業過程控制工程技術人員參考。
過程控制系統 目錄
第1章 緒論 001
1．1 過程控制系統的基本概念 001
1．2 過程控制系統的組成及分類 001
1．2．1 被控過程 002
1．2．2 檢測變送儀表 002
1．2．3 執行器 003
1．2．4 控制器 003
1．2．5 報警保護和連鎖等其他部件 003
1．3 過程控制系統的分類 003
1．4 過程控制的特點 005
1．4．1 控制主體復雜、控制要求高 005
1．4．2 過程控制系統由過程檢測和控制儀表組成 005
1．4．3 被控過程是多種多樣的、非電量的 006
1．4．4 過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多數為參量控制 006
1．4．5 過程控制方案十分豐富 006
1．4．6 定值控制是過程控制的一種常用形式 006
1．5 過程控制系統性能指標 007
1．5．1 穩態與動態 007
1．5．2 性能指標的分析和確定方法 007
1．5．3 單項性能指標 009
1．5．4 綜合性能指標 011
1．6 過程控制系統的典型應用 011
1．6．1 發電廠鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統 012
1．6．2 蒸汽鍋爐的液位控制系統 013
1．6．3 轉爐供氧量控制系統 013
1．6．4 谷氨酸發酵過程控制 015
1．7 過程控制的發展過程 016
1．7．1 基于模擬儀表控制系統的局部自動化階段（20世紀50年代） 017
1．7．2 基于計算機集中監督控制系統的綜合自動化階段（20世紀60年代） 017
1．7．3 分散控制系統（DCS）階段（20世紀70年代） 018
1．7．4 現場總線控制系統（FCS）階段（20世紀90年代） 018
1．8 過程控制發展的趨勢 020
1．8．1 先進過程控制成為發展主流 020
1．8．2 過程優化受到普遍關注 020
1．8．3 綜合自動化是當代工業過程控制的主要潮流 020
1．8．4 網絡化發展 021
1．8．5 智能化發展 021
1．8．6 虛擬仿真化發展 022
思考題 022
第2章 被控過程數學模型的建立 023
2．1 建立被控過程數學模型的意義 023
2．1．1 控制系統設計的基礎 023
2．1．2 控制器參數確定的重要依據 023
2．1．3 仿真或研究、開發新型控制策略的必要條件 024
2．1．4 設計與操作生產工藝及設備時的指導 024
2．1．5 工業過程故障檢測與診斷系統的設計指導 024
2．2 被控過程的數學模型的表達形式 024
2．3 描述過程特性的參數 025
2．3．1 放大系數K對系統的影響 026
2．3．2 時間常數T對系統的影響 026
2．3．3 滯后時間τ對系統的影響 026
2．4 建立被控過程數學模型的基本方法 026
2．4．1 機理法建模 026
2．4．2 試驗法建模 027
2．4．3 混合法建模 027
2．5 液位對象的機理法建模 028
2．5．1 自衡單容液位對象建模 028
2．5．2 雙容液位對象的數學模型的建立 029
2．5．3 三容液位對象的數學模型的建立 030
2．5．4 多容液位對象的數學模型的建立 031
2．5．5 非自衡過程建模 032
2．6 測試法建模 035
2．6．1 測定動態特性的時域法 036
2．6．2 階躍響應測試法建模 037
2．6．3 一階慣性環節參數的確定 037
2．6．4 有時滯的一階慣性環節參數的確定 039
2．6．5 二階慣性環節參數的確定 040
2．6．6 二階時延環節參數的確定 042
2．7 測定動態特性的頻域方法 042
2．8 測定動態特性的統計相關法 043
2．9 動態特性測試法建模舉例 043
思考題 046
第3章 簡單控制系統 047
3．1 簡單過程控制系統基本概念 047
3．2 過程控制系統設計步驟 047
3．2．1 熟悉控制系統的技術要求或性能指標 047
3．2．2 建立控制系統的數學模型 047
3．2．3 確定控制方案 048
3．2．4 根據系統的動態特性和靜態特性進行分析與綜合 048
3．2．5 系統仿真與實驗研究 048
3．2．6 工程設計 048
3．2．7 工程安裝 048
3．2．8 控制器參數的整定 048
3．3 被制變量選擇 048
3．3．1 被控變量的選擇方法 049
3．3．2 被控變量的選擇原則 049
3．4 控制變量的選擇 050
3．5 執行器的選擇 051
3．5．1 執行器的作用方式 051
3．5．2 調節閥的氣開、氣關選擇 051
3．6 測量變送環節 052
3．6．1 測量變送中的滯后問題 052
3．6．2 測量信號的處理 053
3．7 控制器的選擇 054
3．7．1 控制器的控制規律選擇 054
3．7．2 控制器的作用方式選擇 054
3．8 PID控制 056
3．8．1 比例對于控制質量的影響 057
3．8．2 積分對于控制質量的影響 059
3．8．3 微分對于控制質量的影響 061
3．9 控制器的參數整定 064
3．9．1 經驗法（湊試法） 065
3．9．2 臨界比例度法 066
3．9．3 衰減曲線法 068
3．9．4 響應曲線法 071
3．10 簡單控制系統工程設計實例 073
思考題 076
第4章 串級控制系統 077
4．1 復雜控制系統基本概念 077
4．2 串級控制思想的提出 078
4．3 串級控制的基本概念 081
4．4 串級控制系統的特點 082
4．5 串級控制系統工作過程 089
4．5．1 擾動作用于副回路（二次擾動）―f2、f3 089
4．5．2 擾動作用于主被控過程―f1 090
4．5．3 擾動同時作用于副回路和主被控過程―f1、f2、f3 090
4．6 串級控制系統的設計 090
4．6．1 主、副回路的設計原則 090
4．6．2 主、副控制器的選擇 091
4．7 串級控制系統的參數整定 092
4．7．1 兩步整定法：先整定副參數、后整定主參數 092
4．7．2 逐步整定法：先副后主，反復調節 093
4．7．3 一步整定法 093
4．8 串級控制系統在工業中的應用 093
4．8．1 應用于容量滯后較大的過程 093
4．8．2 應用于純延時較大的過程 094
4．8．3 應用于變化劇烈且幅度較大的擾動過程 096
4．8．4 應用于非線性過程 098
4．9 串級控制系統的設計舉例 099
思考題 103
第5章 前饋控制系統 105
5．1 前饋控制系統的基本概念 105
5．2 前饋控制原理 106
5．3 前饋控制與反饋控制的比較 107
5．3．1 前饋控制系統是開環控制系統，反饋控制系統是閉環控制系統 107
5．3．2 前饋控制系統中測量干擾量，反饋控制系統中測量被控變量 107
5．3．3 前饋控制系統需要專用調節器，反饋控制系統一般只需通用調節器 107
5．3．4 前饋控制系統只能克服所測量的干擾，
反饋控制系統則可以克服所有干擾 107
5．3．5 前饋控制系統理論上可以無差，反饋控制系統必定有差 107
5．4 前饋控制系統的結構 108
5．4．1 靜態前饋控制系統 108
5．4．2 動態前饋控制系統 109
5．4．3 前饋―反饋復合控制系統 109
5．4．4 前饋―串級復合控制系統 111
5．5 前饋控制系統的選用 112
5．6 前饋控制系統的工程整定 112
5．6．1 靜態參數值KM的整定 113
5．6．2 滯后時間τ的整定 115
5．6．3 時間常數T1、T2的整定 115
5．7 前饋控制系統的工業應用實例 119
5．7．1 鍋爐汽包水位的單沖量控制 120
5．7．2 鍋爐汽包水位的雙沖量控制 121
5．7．3 鍋爐汽包水位的三沖量控制 122
思考題 123
第6章 大滯后補償控制系統 125
6．1 大滯后補償過程基本概念 125
6．2 純滯后對象的控制問題 126
6．3 大滯后補償過程常規補償控制 127
6．3．1 微分先行控制方案 127
6．3．2 中間微分反饋控制方案 128
6．4 Smith預估控制 129
6．5 Smith預估控制注意事項 132
思考題 132
第7章 其他復雜過程控制系統 133
7．1 比值控制系統 133
7．1．1 比值控制系統的類型 133
7．1．2 比值控制系統的設計 135
7．1．3 比值控制系統的設計示例 136
7．2 均勻控制系統 137
7．3 選擇性控制系統 138
7．3．1 選擇性控制系統的類型 138
7．3．2 選擇性控制系統設計及工業應用 140
7．4 分程控制系統 141
7．5 多變量解耦控制 145
7．5．1 系統的關聯分析 146
7．5．2 解耦控制系統設計 146
7．5．3 減少與解除耦合的途徑 147
7．5．4 解耦控制系統的簡化設計 150
思考題 151
第8章 模糊控制 152
8．1 模糊控制的基本概念 152
8．2 模糊控制基礎 153
8．2．1 模糊集合 154
8．2．2 模糊集合的基本運算 155
8．3 模糊控制器設計 157
8．3．1 模糊控制器輸入變量的模糊化 157
8．3．2 模糊控制規則及模糊推理 159
8．3．3 解模糊化方法 162
8．4 水箱液位模糊推理系統實現 163
8．5 水箱液位模糊控制器設計 167
8．6 水箱液位模糊控制編程實現 170
8．7 模糊PID控制 171
8．8 模糊PID控制的仿真實現 172
8．8．1 Kp模糊規則設計 173
8．8．2 Ki模糊規則設計 173
8．8．3 Kd模糊規則設計 174
思考題 176
第9章 網絡化過程控制系統 177
9．1 集散控制系統 177
9．1．1 集散控制系統產生的背景 177
9．1．2 集散控制系統的基本構成 179
9．1．3 集散控制系統的硬件結構 182
9．1．4 集散控制系統的軟件結構 185
9．1．5 集散控制系統的特點 187
9．1．6 DCS中的先進控制技術 190
9．1．7 集散控制系統的發展及趨勢 190
9．1．8 DCS技術的優點與缺點 192
9．2 現場總線控制系統 193
9．2．1 現場總線控制系統概述 193
9．2．2 現場總線控制系統構成 195
9．2．3 現場總線的通信協議和標準化 197
9．2．4 現場總線控制系統的特點 200
9．2．5 現場總線控制的發展現狀 202
9．2．6 現場總線控制在過程控制中的應用 203
9．2．7 現場總線控制在過程控制中應用的注意事項 204
9．2．8 現場總線控制系統的不足和未來發展 205
9．3 現場總線控制系統FCS和集散控制系統DCS的比較 206
9．3．1 信號的傳輸方式不同 206
9．3．2 通信協議不同 207
9．3．3 DCS和FCS結構不同 207
9．3．4 DCS和FCS結構可靠性不同 207
9．3．5 DCS與FCS的成本不同 208
思考題 210
第10章 過程控制工業應用實例 211
10．1 燃機的水冷系統介紹 211
10．2 燃機的水冷系統結構 211
10．3 系統建模 212
10．3．1 影響因素與耦合關系 212
10．3．2 問題描述及數學模型 212
10．3．3 問題特性 213
10．4 系統解耦控制策略 216
10．5 系統解耦控制仿真 223
參考文獻 226
1．1 過程控制系統的基本概念 001
1．2 過程控制系統的組成及分類 001
1．2．1 被控過程 002
1．2．2 檢測變送儀表 002
1．2．3 執行器 003
1．2．4 控制器 003
1．2．5 報警保護和連鎖等其他部件 003
1．3 過程控制系統的分類 003
1．4 過程控制的特點 005
1．4．1 控制主體復雜、控制要求高 005
1．4．2 過程控制系統由過程檢測和控制儀表組成 005
1．4．3 被控過程是多種多樣的、非電量的 006
1．4．4 過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多數為參量控制 006
1．4．5 過程控制方案十分豐富 006
1．4．6 定值控制是過程控制的一種常用形式 006
1．5 過程控制系統性能指標 007
1．5．1 穩態與動態 007
1．5．2 性能指標的分析和確定方法 007
1．5．3 單項性能指標 009
1．5．4 綜合性能指標 011
1．6 過程控制系統的典型應用 011
1．6．1 發電廠鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統 012
1．6．2 蒸汽鍋爐的液位控制系統 013
1．6．3 轉爐供氧量控制系統 013
1．6．4 谷氨酸發酵過程控制 015
1．7 過程控制的發展過程 016
1．7．1 基于模擬儀表控制系統的局部自動化階段（20世紀50年代） 017
1．7．2 基于計算機集中監督控制系統的綜合自動化階段（20世紀60年代） 017
1．7．3 分散控制系統（DCS）階段（20世紀70年代） 018
1．7．4 現場總線控制系統（FCS）階段（20世紀90年代） 018
1．8 過程控制發展的趨勢 020
1．8．1 先進過程控制成為發展主流 020
1．8．2 過程優化受到普遍關注 020
1．8．3 綜合自動化是當代工業過程控制的主要潮流 020
1．8．4 網絡化發展 021
1．8．5 智能化發展 021
1．8．6 虛擬仿真化發展 022
思考題 022
第2章 被控過程數學模型的建立 023
2．1 建立被控過程數學模型的意義 023
2．1．1 控制系統設計的基礎 023
2．1．2 控制器參數確定的重要依據 023
2．1．3 仿真或研究、開發新型控制策略的必要條件 024
2．1．4 設計與操作生產工藝及設備時的指導 024
2．1．5 工業過程故障檢測與診斷系統的設計指導 024
2．2 被控過程的數學模型的表達形式 024
2．3 描述過程特性的參數 025
2．3．1 放大系數K對系統的影響 026
2．3．2 時間常數T對系統的影響 026
2．3．3 滯后時間τ對系統的影響 026
2．4 建立被控過程數學模型的基本方法 026
2．4．1 機理法建模 026
2．4．2 試驗法建模 027
2．4．3 混合法建模 027
2．5 液位對象的機理法建模 028
2．5．1 自衡單容液位對象建模 028
2．5．2 雙容液位對象的數學模型的建立 029
2．5．3 三容液位對象的數學模型的建立 030
2．5．4 多容液位對象的數學模型的建立 031
2．5．5 非自衡過程建模 032
2．6 測試法建模 035
2．6．1 測定動態特性的時域法 036
2．6．2 階躍響應測試法建模 037
2．6．3 一階慣性環節參數的確定 037
2．6．4 有時滯的一階慣性環節參數的確定 039
2．6．5 二階慣性環節參數的確定 040
2．6．6 二階時延環節參數的確定 042
2．7 測定動態特性的頻域方法 042
2．8 測定動態特性的統計相關法 043
2．9 動態特性測試法建模舉例 043
思考題 046
第3章 簡單控制系統 047
3．1 簡單過程控制系統基本概念 047
3．2 過程控制系統設計步驟 047
3．2．1 熟悉控制系統的技術要求或性能指標 047
3．2．2 建立控制系統的數學模型 047
3．2．3 確定控制方案 048
3．2．4 根據系統的動態特性和靜態特性進行分析與綜合 048
3．2．5 系統仿真與實驗研究 048
3．2．6 工程設計 048
3．2．7 工程安裝 048
3．2．8 控制器參數的整定 048
3．3 被制變量選擇 048
3．3．1 被控變量的選擇方法 049
3．3．2 被控變量的選擇原則 049
3．4 控制變量的選擇 050
3．5 執行器的選擇 051
3．5．1 執行器的作用方式 051
3．5．2 調節閥的氣開、氣關選擇 051
3．6 測量變送環節 052
3．6．1 測量變送中的滯后問題 052
3．6．2 測量信號的處理 053
3．7 控制器的選擇 054
3．7．1 控制器的控制規律選擇 054
3．7．2 控制器的作用方式選擇 054
3．8 PID控制 056
3．8．1 比例對于控制質量的影響 057
3．8．2 積分對于控制質量的影響 059
3．8．3 微分對于控制質量的影響 061
3．9 控制器的參數整定 064
3．9．1 經驗法（湊試法） 065
3．9．2 臨界比例度法 066
3．9．3 衰減曲線法 068
3．9．4 響應曲線法 071
3．10 簡單控制系統工程設計實例 073
思考題 076
第4章 串級控制系統 077
4．1 復雜控制系統基本概念 077
4．2 串級控制思想的提出 078
4．3 串級控制的基本概念 081
4．4 串級控制系統的特點 082
4．5 串級控制系統工作過程 089
4．5．1 擾動作用于副回路（二次擾動）―f2、f3 089
4．5．2 擾動作用于主被控過程―f1 090
4．5．3 擾動同時作用于副回路和主被控過程―f1、f2、f3 090
4．6 串級控制系統的設計 090
4．6．1 主、副回路的設計原則 090
4．6．2 主、副控制器的選擇 091
4．7 串級控制系統的參數整定 092
4．7．1 兩步整定法：先整定副參數、后整定主參數 092
4．7．2 逐步整定法：先副后主，反復調節 093
4．7．3 一步整定法 093
4．8 串級控制系統在工業中的應用 093
4．8．1 應用于容量滯后較大的過程 093
4．8．2 應用于純延時較大的過程 094
4．8．3 應用于變化劇烈且幅度較大的擾動過程 096
4．8．4 應用于非線性過程 098
4．9 串級控制系統的設計舉例 099
思考題 103
第5章 前饋控制系統 105
5．1 前饋控制系統的基本概念 105
5．2 前饋控制原理 106
5．3 前饋控制與反饋控制的比較 107
5．3．1 前饋控制系統是開環控制系統，反饋控制系統是閉環控制系統 107
5．3．2 前饋控制系統中測量干擾量，反饋控制系統中測量被控變量 107
5．3．3 前饋控制系統需要專用調節器，反饋控制系統一般只需通用調節器 107
5．3．4 前饋控制系統只能克服所測量的干擾，
反饋控制系統則可以克服所有干擾 107
5．3．5 前饋控制系統理論上可以無差，反饋控制系統必定有差 107
5．4 前饋控制系統的結構 108
5．4．1 靜態前饋控制系統 108
5．4．2 動態前饋控制系統 109
5．4．3 前饋―反饋復合控制系統 109
5．4．4 前饋―串級復合控制系統 111
5．5 前饋控制系統的選用 112
5．6 前饋控制系統的工程整定 112
5．6．1 靜態參數值KM的整定 113
5．6．2 滯后時間τ的整定 115
5．6．3 時間常數T1、T2的整定 115
5．7 前饋控制系統的工業應用實例 119
5．7．1 鍋爐汽包水位的單沖量控制 120
5．7．2 鍋爐汽包水位的雙沖量控制 121
5．7．3 鍋爐汽包水位的三沖量控制 122
思考題 123
第6章 大滯后補償控制系統 125
6．1 大滯后補償過程基本概念 125
6．2 純滯后對象的控制問題 126
6．3 大滯后補償過程常規補償控制 127
6．3．1 微分先行控制方案 127
6．3．2 中間微分反饋控制方案 128
6．4 Smith預估控制 129
6．5 Smith預估控制注意事項 132
思考題 132
第7章 其他復雜過程控制系統 133
7．1 比值控制系統 133
7．1．1 比值控制系統的類型 133
7．1．2 比值控制系統的設計 135
7．1．3 比值控制系統的設計示例 136
7．2 均勻控制系統 137
7．3 選擇性控制系統 138
7．3．1 選擇性控制系統的類型 138
7．3．2 選擇性控制系統設計及工業應用 140
7．4 分程控制系統 141
7．5 多變量解耦控制 145
7．5．1 系統的關聯分析 146
7．5．2 解耦控制系統設計 146
7．5．3 減少與解除耦合的途徑 147
7．5．4 解耦控制系統的簡化設計 150
思考題 151
第8章 模糊控制 152
8．1 模糊控制的基本概念 152
8．2 模糊控制基礎 153
8．2．1 模糊集合 154
8．2．2 模糊集合的基本運算 155
8．3 模糊控制器設計 157
8．3．1 模糊控制器輸入變量的模糊化 157
8．3．2 模糊控制規則及模糊推理 159
8．3．3 解模糊化方法 162
8．4 水箱液位模糊推理系統實現 163
8．5 水箱液位模糊控制器設計 167
8．6 水箱液位模糊控制編程實現 170
8．7 模糊PID控制 171
8．8 模糊PID控制的仿真實現 172
8．8．1 Kp模糊規則設計 173
8．8．2 Ki模糊規則設計 173
8．8．3 Kd模糊規則設計 174
思考題 176
第9章 網絡化過程控制系統 177
9．1 集散控制系統 177
9．1．1 集散控制系統產生的背景 177
9．1．2 集散控制系統的基本構成 179
9．1．3 集散控制系統的硬件結構 182
9．1．4 集散控制系統的軟件結構 185
9．1．5 集散控制系統的特點 187
9．1．6 DCS中的先進控制技術 190
9．1．7 集散控制系統的發展及趨勢 190
9．1．8 DCS技術的優點與缺點 192
9．2 現場總線控制系統 193
9．2．1 現場總線控制系統概述 193
9．2．2 現場總線控制系統構成 195
9．2．3 現場總線的通信協議和標準化 197
9．2．4 現場總線控制系統的特點 200
9．2．5 現場總線控制的發展現狀 202
9．2．6 現場總線控制在過程控制中的應用 203
9．2．7 現場總線控制在過程控制中應用的注意事項 204
9．2．8 現場總線控制系統的不足和未來發展 205
9．3 現場總線控制系統FCS和集散控制系統DCS的比較 206
9．3．1 信號的傳輸方式不同 206
9．3．2 通信協議不同 207
9．3．3 DCS和FCS結構不同 207
9．3．4 DCS和FCS結構可靠性不同 207
9．3．5 DCS與FCS的成本不同 208
思考題 210
第10章 過程控制工業應用實例 211
10．1 燃機的水冷系統介紹 211
10．2 燃機的水冷系統結構 211
10．3 系統建模 212
10．3．1 影響因素與耦合關系 212
10．3．2 問題描述及數學模型 212
10．3．3 問題特性 213
10．4 系統解耦控制策略 216
10．5 系統解耦控制仿真 223
參考文獻 226
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過程控制系統 作者簡介
劉艷梅：女，1974 年生，副教授，博士，沈陽航空航天大學自動化學院教師。研究方向為機器人，微機電系統檢測及控制，過程控制、智能控制理論及應用，以及電網建設輸變電工程技術裝備的自動化改造。相關研究工作得到了國家自然科學基金青年基金、航空基金和省教育廳項目的支持。以第一作者發表期刊和國際學術會議論文40篇左右，SCI/EI/ISTP檢索30余篇；編者多年主講《過程控制》、《計算機控制技術》、《可編程控制器》、《控制工程基礎》、《現代控制理論》、《智能控制導論》（雙語）等課程。
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