过程控制系统 刘艳梅 等 编 专业科技 文轩网

第1章绪论001
1.1过程控制系统的基本概念001
1.2过程控制系统的组成及分类001
1.2.1被控过程002
1.2.2检测变送仪表002
1.2.3执行器003
1.2.4控制器003
1.2.5报警保护和连锁等其他部件003
1.3过程控制系统的分类003
1.4过程控制的特点005
1.4.1控制主体复杂、控制要求高005
1.4.2过程控制系统由过程检测和控制仪表组成005
1.4.3被控过程是多种多样的、非电量的006
1.4.4过程控制的控制过程多属慢过程，而且多数为参量控制006
1.4.5过程控制方案十分丰富006
1.4.6定值控制是过程控制的一种常用形式006
1.5过程控制系统性能指标007
1.5.1稳态与动态007
1.5.2性能指标的分析和确定方法007
1.5.3单项性能指标009
1.5.4综合性能指标011
1.6过程控制系统的典型应用011
1.6.1发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统012
1.6.2蒸汽锅炉的液位控制系统013
1.6.3转炉供氧量控制系统013
1.6.4谷氨酸发酵过程控制015
1.7过程控制的发展过程016
1.7.1基于模拟仪表控制系统的局部自动化阶段（20世纪50年代）017
1.7.2基于计算机集中监督控制系统的综合自动化阶段（20世纪60年代）017
1.7.3分散控制系统（DCS）阶段（20世纪70年代）018
1.7.4现场总线控制系统（FCS）阶段（20世纪90年代）018
1.8过程控制发展的趋势020
1.8.1优选过程控制成为发展主流020
1.8.2过程优化受到普遍关注020
1.8.3综合自动化是当代工业过程控制的主要潮流020
1.8.4网络化发展021
1.8.5智能化发展021
1.8.6虚拟仿真化发展022
思考题022
第2章被控过程数学模型的建立023
2.1建立被控过程数学模型的意义023
2.1.1控制系统设计的基础023
2.1.2控制器参数确定的重要依据023
2.1.3仿真或研究、开发新型控制策略的必要条件024
2.1.4设计与操作生产工艺及设备时的指导024
2.1.5工业过程故障检测与诊断系统的设计指导024
2.2被控过程的数学模型的表达形式024
2.3描述过程特性的参数025
2.3.1放大系数K对系统的影响026
2.3.2时间常数T对系统的影响026
2.3.3滞后时间τ对系统的影响026
2.4建立被控过程数学模型的基本方法026
2.4.1机理法建模026
2.4.2试验法建模027
2.4.3混合法建模027
2.5液位对象的机理法建模028
2.5.1自衡单容液位对象建模028
2.5.2双容液位对象的数学模型的建立029
2.5.3三容液位对象的数学模型的建立030
2.5.4多容液位对象的数学模型的建立031
2.5.5非自衡过程建模032
2.6测试法建模035
2.6.1测定动态特性的时域法036
2.6.2阶跃响应测试法建模037
2.6.3一阶惯性环节参数的确定037
2.6.4有时滞的一阶惯性环节参数的确定039
2.6.5二阶惯性环节参数的确定040
2.6.6二阶时延环节参数的确定042
2.7测定动态特性的频域方法042
2.8测定动态特性的统计相关法043
2.9动态特性测试法建模举例043
思考题046
第3章简单控制系统047
3.1简单过程控制系统基本概念047
3.2过程控制系统设计步骤047
3.2.1熟悉控制系统的技术要求或性能指标047
3.2.2建立控制系统的数学模型047
3.2.3确定控制方案048
3.2.4根据系统的动态特性和静态特性进行分析与综合048
3.2.5系统仿真与实验研究048
3.2.6工程设计048
3.2.7工程安装048
3.2.8控制器参数的整定048
3.3被制变量选择048
3.3.1被控变量的选择方法049
3.3.2被控变量的选择原则049
3.4控制变量的选择050
3.5执行器的选择051
3.5.1执行器的作用方式051
3.5.2调节阀的气开、气关选择051
3.6测量变送环节052
3.6.1测量变送中的滞后问题052
3.6.2测量信号的处理053
3.7控制器的选择054
3.7.1控制器的控制规律选择054
3.7.2控制器的作用方式选择054
3.8PID控制056
3.8.1比例对于控制质量的影响057
3.8.2积分对于控制质量的影响059
3.8.3微分对于控制质量的影响061
3.9控制器的参数整定064
3.9.1经验法（凑试法）065
3.9.2临界比例度法066
3.9.3衰减曲线法068
3.9.4响应曲线法071
3.10简单控制系统工程设计实例073
思考题076
第4章串级控制系统077
4.1复杂控制系统基本概念077
4.2串级控制思想的提出078
4.3串级控制的基本概念081
4.4串级控制系统的特点082
4.5串级控制系统工作过程089
4.5.1扰动作用于副回路（二次扰动）―f2、f3089
4.5.2扰动作用于主被控过程―f1090
4.5.3扰动同时作用于副回路和主被控过程―f1、f2、f3090
4.6串级控制系统的设计090
4.6.1主、副回路的设计原则090
4.6.2主、副控制器的选择091
4.7串级控制系统的参数整定092
4.7.1两步整定法：先整定副参数、后整定主参数092
4.7.2逐步整定法：先副后主，反复调节093
4.7.3一步整定法093
4.8串级控制系统在工业中的应用093
4.8.1应用于容量滞后较大的过程093
4.8.2应用于纯延时较大的过程094
4.8.3应用于变化剧烈且幅度较大的扰动过程096
4.8.4应用于非线性过程098
4.9串级控制系统的设计举例099
思考题103
第5章前馈控制系统105
5.1前馈控制系统的基本概念105
5.2前馈控制原理106
5.3前馈控制与反馈控制的比较107
5.3.1前馈控制系统是开环控制系统，反馈控制系统是闭环控制系统107
5.3.2前馈控制系统中测量干扰量，反馈控制系统中测量被控变量107
5.3.3前馈控制系统需要专用调节器，反馈控制系统一般只需通用调节器107
5.3.4前馈控制系统只能克服所测量的干扰，反馈控制系统则可以克服所有干扰107
5.3.5前馈控制系统理论上可以无差，反馈控制系统必定有差107
5.4前馈控制系统的结构108
5.4.1静态前馈控制系统108
5.4.2动态前馈控制系统109
5.4.3前馈―反馈复合控制系统109
5.4.4前馈―串级复合控制系统111
5.5前馈控制系统的选用112
5.6前馈控制系统的工程整定112
5.6.1静态参数值KM的整定113
5.6.2滞后时间τ的整定115
5.6.3时间常数T1、T2的整定115
5.7前馈控制系统的工业应用实例119
5.7.1锅炉汽包水位的单冲量控制120
5.7.2锅炉汽包水位的双冲量控制121
5.7.3锅炉汽包水位的三冲量控制122
思考题123
第6章大滞后补偿控制系统125
6.1大滞后补偿过程基本概念125
6.2纯滞后对象的控制问题126
6.3大滞后补偿过程常规补偿控制127
6.3.1微分先行控制方案127
6.3.2中间微分反馈控制方案128
6.4Smith预估控制129
6.5Smith预估控制注意事项132
思考题132
第7章其他复杂过程控制系统133
7.1比值控制系统133
7.1.1比值控制系统的类型133
7.1.2比值控制系统的设计135
7.1.3比值控制系统的设计示例136
7.2均匀控制系统137
7.3选择性控制系统138
7.3.1选择性控制系统的类型138
7.3.2选择性控制系统设计及工业应用140
7.4分程控制系统141
7.5多变量解耦控制145
7.5.1系统的关联分析146
7.5.2解耦控制系统设计146
7.5.3减少与解除耦合的途径147
7.5.4解耦控制系统的简化设计150
思考题151
第8章模糊控制152
8.1模糊控制的基本概念152
8.2模糊控制基础153
8.2.1模糊集合154
8.2.2模糊集合的基本运算155
8.3模糊控制器设计157
8.3.1模糊控制器输入变量的模糊化157
8.3.2模糊控制规则及模糊推理159
8.3.3解模糊化方法162
8.4水箱液位模糊推理系统实现163
8.5水箱液位模糊控制器设计167
8.6水箱液位模糊控制编程实现170
8.7模糊PID控制171
8.8模糊PID控制的仿真实现172
8.8.1Kp模糊规则设计173
8.8.2Ki模糊规则设计173
8.8.3Kd模糊规则设计174
思考题176
第9章网络化过程控制系统177
9.1集散控制系统177
9.1.1集散控制系统产生的背景177
9.1.2集散控制系统的基本构成179
9.1.3集散控制系统的硬件结构182
9.1.4集散控制系统的软件结构185
9.1.5集散控制系统的特点187
9.1.6DCS中的优选控制技术190
9.1.7集散控制系统的发展及趋势190
9.1.8DCS技术的优点与缺点192
9.2现场总线控制系统193
9.2.1现场总线控制系统概述193
9.2.2现场总线控制系统构成195
9.2.3现场总线的通信协议和标准化197
9.2.4现场总线控制系统的特点200
9.2.5现场总线控制的发展现状202
9.2.6现场总线控制在过程控制中的应用203
9.2.7现场总线控制在过程控制中应用的注意事项204
9.2.8现场总线控制系统的不足和未来发展205
9.3现场总线控制系统FCS和集散控制系统DCS的比较206
9.3.1信号的传输方式不同206
9.3.2通信协议不同207
9.3.3DCS和FCS结构不同207
9.3.4DCS和FCS结构可靠性不同207
9.3.5DCS与FCS的成本不同208
思考题210
第10章过程控制工业应用实例211
10.1燃机的水冷系统介绍211
10.2燃机的水冷系统结构211
10.3系统建模212
10.3.1影响因素与耦合关系212
10.3.2问题描述及数学模型212
10.3.3问题特性213
10.4系统解耦控制策略216
10.5系统解耦控制仿真223
参考文献226