本书结合过程工业的特点, 综合套用控制理论及自动化仪表和计算机等控制工具的知识, 全面介绍了传统的和近30年来出现的各类过程控制系统, 重点讲述它们的工作原理、 结构特点、 设计方法和套用中的技术问题。 全书分为简单控制系统、 複杂控制系统、 先进控制系统、 典型化工操作单元的过程控制系统等4个部分。

本书内容丰富, 取材新颖, 结构严谨, 系统性强, 且充分体现理论和实际密切联繫、 重在套用的原则。

本书可作为高等院校自动化、 电气工程及自动化、 测控技术与仪器、 过程装备与控制工程、 化学工程以及相近专业的本科生教材, 亦可作为相关专业的研究生和工程技术人员的参考书。

绪论1

第1章 简单控制系统 3

1.1 简单控制系统的结构组成及控制指标 3

1.1.1 简单控制系统的结构组成 3

1.1.2 简单控制系统的控制指标 4

1.2 典型受控过程的数学模型 7

1.2.1 纯滞后过程的建模 7

1.2.2 单容过程的建模 8

1.2.3 多容过程的建模 9

1.2.4 具有反向回响的过程 13

1.2.5 不稳定过程 14

1.3 被控变数与操纵变数的选择 15

1.3.1 被控变数的选择 15

1.3.2 操纵变数的选择 16

1.4 过程可控程度分析 16

1.4.1 度量过程可控程度指标kmωc的导出 17

1.4.2 广义对象时间常数T和纯滞后τ对可控程度kmωc的影响 18

1.5 广义对象各环节对控制质量的影响 20

1.5.1 干扰通道特性Gf(s)对控制质量的影响 20

1.5.2 调节通道特性Gp(s)对控制质量的影响 23

1.6 检测变送环节 26

1.6.1 检测变送环节的传递函式 26

1.6.2 测量误差及对测量信号的处理 27

1.7 执行器环节 27

1.7.1 执行器概述 27

1.7.2 气动执行器 28

1.7.3 控制阀流量特性和阀门增益 31

1.7.4 电/气转换器和电/气阀门定位器 34

1.7.5 电动执行器 35

1.8 连续PID控制及其调节过程 37

1.8.1 基本概念 37

1.8.2 比例调节 39

1.8.3 比例积分调节 42

1.8.4 比例微分调节 46

1.8.5 比例积分微分调节 48

1.8.6 控制规律的选择 48

1.9 控制器参数整定和控制系统投运 49

1.9.1 控制系统的投运 49

1.9.2 控制系统的工程整定方法 49

思考题与习题 51

第2章 常用複杂控制系统 55

2.1 串级控制系统 55

2.1.1 串级控制系统的基本概念 55

2.1.2 串级控制系统分析 58

2.1.3 串级控制系统设计 61

2.1.4 串级控制系统的投运及参数整定 63

2.2 均匀控制系统 64

2.2.1 均匀控制系统的由来和目的 64

2.2.2 均匀控制系统的特点 65

2.2.3 均匀控制方案 66

2.2.4 均匀控制系统的理论分析 68

2.3 比值控制系统 73

2.3.1 比值控制问题的由来 73

2.3.2 比值控制方案 74

2.3.3 比值控制系统的实施 77

2.3.4 比值控制系统的投运及参数整定 80

2.3.5 比值控制系统实施的若干问题 81

2.4 前馈控制系统 84

2.4.1 前馈控制系统的基本原理 84

2.4.2 前馈控制系统的几种结构形式 86

2.4.3 前馈控制规律的实施 90

2.5 分程控制系统 91

2.5.1 分程控制系统的基本概念及套用 91

2.5.2 分程控制系统的方案实施 94

2.5.3 阀位控制系统 95

2.6 选择性控制系统 96

2.6.1 选择性控制系统概述 96

2.6.2 选择性控制系统的设计套用 97

2.6.3 防积分饱和的方法 98

2.6.4 选择性控制系统的其它套用 99

2.7 按计算指标进行控制的系统 101

2.7.1 内回流及其对精馏操作的影响 101

2.7.2 内回流与外回流的关係 101

2.7.3 实现内回流控制的方法 102

思考题与习题 104

第3章 先进控制系统 112

3.1 状态反馈控制 112

3.1.1 状态反馈和极点配置原理 112

3.1.2 状态反馈控制系统设计和套用中的问题 117

3.2 内模控制 120

3.2.1 内模控制的基本原理 120

3.2.2 内模控制在PID控制参数整定中的套用 128

3.3 简化模型预测控制 135

3.3.1 单输入单输出SMPC 136

3.3.2 多输入多输出SMPC 143

3.4 预测控制 148

3.4.1 预测控制的基本原理 149

3.4.2 预测控制的基本算法 150

3.4.3 预测控制系统的性能分析 158

3.4.4 预测控制系统的工业套用 161

3.5 多变数解耦控制 167

3.5.1 控制迴路间的关联和相对增益矩阵 167

3.5.2 关联繫统控制器的整定 181

3.5.3 多变数解耦控制系统 184

思考题与习题 190

第4章 流体输送设备控制系统 195

4.1 离心泵控制系统 195

4.1.1 离心泵的工作原理及主要部件 195

4.1.2 离心泵的工作特性 198

4.1.3 离心泵的控制方案 199

4.1.4 容积式泵的控制方案 201

4.2 离心式压缩机防喘振控制 202

4.2.1 离心式压缩机的喘振 202

4.2.2 离心式压缩机防喘振控制系统的设计 203

4.2.3 测量式出口流量的可变极限流量防喘振控制 206

4.2.4 离心式压缩机串并联时的防喘振控制 206

思考题与习题 208

第5章 传热设备控制系统 209

5.1 换热器控制系统 209

5.1.1 换热器控制系统概述 209

5.1.2 传热设备的特性及静态数学模型 209

5.1.3 对象的动态数学模型 215

5.2 一般传热设备的控制 222

5.2.1 控制方案的确定 222

5.2.2 传热设备控制方案的实现 223

5.2.3 调节传热面积 226

5.2.4 複杂控制系统 227

5.3 锅炉设备的控制 230

5.3.1 工艺流程简介 230

5.3.2 锅炉汽包水位的控制 232

5.3.3 锅炉燃烧控制系统 239

5.3.4 蒸汽过热系统的控制 244

5.3.5 採用可程式控制器的锅炉控制实例 244

思考题与习题 248

第6章 精馏塔控制系统 249

6.1 精馏塔控制系统概述 249

6.1.1 精馏塔的控制要求 249

6.1.2 精馏塔的扰动分析 250

6.2 精馏塔的特性 251

6.2.1 精馏塔的静态特性 251

6.2.2 精馏塔的动态特性 252

6.3 精馏塔被控变数的选择 254

6.4 精馏塔的基本控制 256

6.4.1 产品质量的开环控制 256

6.4.2 按精馏段指标的控制 257

6.4.3 按提馏段指标的控制 259

6.4.4 精馏塔的塔压控制 260

6.5 精馏塔的新型控制方案 262

6.5.1 精镏塔的解耦控制 262

6.5.2 精馏塔的节能控制 263

6.5.3 精馏塔的最优控制 266

思考题与习题 268

参考文献 270