过程控制系统及工程

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 具有反向响应的过程 13

1.2.5 不稳定过程 14

1.3 被控变量与操纵变量的选择 15

1.3.1 被控变量的选择 15

1.3.2 操纵变量的选择 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数 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 常用复杂控制系统 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应用 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应用 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应用 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系 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应用中的问题 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控制参数整定中的应用 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应用 161

3.5 多变量解耦控制 167

3.5.1 控制回路间的关联和相对增益矩阵 167

3.5.2 关联系统控制器的整定 181

3.5.3 多变量解耦控制系统 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 复杂控制系统 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 采用可编程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 精馏塔被控变量的选择 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 2100433B

本书结合过程工业的特点, 综合应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、 设计方法和应用中的技术问题。 全书分为简单控制系统、 复杂控制系统、 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系、 重在应用的原则。

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。

过程控制系统及工程（第四版）

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122360557

版次：4

商品编码：13141900

品牌：化学工业出版社

包装：平装

开本：16开

出版时间：2021-03-01

用纸：胶版纸

页数：275

正文语种：中文

内容简介

过程控制系统及工程（孙洪程）（第四版）

目录

第1篇过程控制系统

第1章单回路反馈控制系统1

1.1单回路系统的结构组成1

1.2被控变量的选择3

1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择4

1.3.1干扰通道特性对控制质量的影响5

1.3.2控制通道特性对控制质量的影响8

1.3.3操纵变量的选择12

1.4控制阀的选择12

1.4.1控制阀口径大小的选择12

1.4.2控制阀开闭形式的选择12

1.4.3控制阀流量特性的选择13

1.4.4控制阀结构形式的选择17

1.4.5阀门定位器的选用18

1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法19

1.5.1测量滞后的影响19

1.5.2信号传送滞后的影响20

1.5.3克服测量、传送滞后的办法21

1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择22

1.6.1控制器参数对系统静态误差的影响22

1.6.2控制器参数对系统动态误差的影响24

1.6.3控制规律的选择25

1.7系统的关联及其消除方法26

1.7.1系统关联及其影响26

1.7.2分析系统关联的方法26

1.7.3削弱或消除系统间关联的方法29

1.8单回路系统的投运和整定29

1.8.1控制系统的投运30

1.8.2控制系统的整定31

本章思考题及习题36

第2章串级控制系统38

2.1串级控制系统概述38

2.2串级控制系统的实施41

2.2.1用电动Ⅲ型仪表构成串级控制方案41

2.2.2串级控制系统的实施42

2.3串级控制系统的投运和整定45

2.3.1串级控制系统的投运45

2.3.2串级控制系统的工程整定方法45

2.4串级控制系统的特点46

2.5串级系统副回路的设计51

本章思考题及习题58

第3章比值控制系统60

3.1比值控制系统概述60

3.2比值控制系统的类型60

3.2.1开环比值控制系统60

3.2.2单闭环比值控制系统60

3.2.3双闭环比值控制系统62

3.2.4其他类型的比值控制62

3.3比值系数的计算65

3.3.1流量与测量信号呈线性关系时的计算65

3.3.2流量与测量信号呈非线性关系时的计算66

3.4比值控制方案的实施67

3.4.1两类实施方案67

3.4.2比值控制方案实施举例68

3.4.3比值控制系统中非线性环节的影响70

3.4.4比值控制系统中的信号匹配问题72

3.5比值控制系统的投运与整定73

3.6比值控制系统的其他问题74

3.6.1流量测量中的压力、温度的校正74

3.6.2主、副流量的动态比值问题75

3.6.3具有逻辑规律的比值控制76

3.6.4副流量供料不足时的自动配比77

3.6.5主动量与从动量的选择78

本章思考题及习题79

第4章均匀控制系统81

4.1均匀控制问题的提出及特点81

4.2均匀控制方案82

4.2.1常用的几种结构形式82

4.2.2控制规律的选择84

4.2.3参数整定84

4.3均匀控制系统的理论分析85

4.4其他需要说明的问题87

4.4.1气体压力与流量的均匀控制87

4.4.2实现均匀控制的其他方法87

本章思考题及习题87

第5章前馈控制系统88

5.1前馈控制系统的特点88

5.2前馈控制系统的几种主要结构形式90

5.2.1单纯的前馈控制系统90

5.2.2前馈-反馈控制系统91

5.2.3前馈-串级控制系统92

5.3前馈控制规律的实施93

5.4前馈控制系统的应用95

5.5前馈控制系统的参数整定96

5.5.1Kf的整定97

5.5.2T1、T2的整定98

5.6多变量前馈控制99

5.6.1由工艺机理建立多变量前馈控制模型99

5.6.2以线性叠加为基础建立多变量前馈控制方程100

5.6.3多输入-多输出的多变量前馈控制系统101

本章思考题及习题104

第6章选择性控制系统106

6.1选择性控制系统概述106

6.2选择性控制系统的类型及应用107

6.2.1开关型选择性控制系统107

6.2.2连续型选择性控制系统108

6.2.3混合型选择性控制系统110

6.3选择性控制系统的设计111

6.4积分饱和及其防止措施112

6.4.1积分饱和的产生及其危害性112

6.4.2抗积分饱和措施114

本章思考题及习题114

第7章分程及阀位控制系统116

7.1分程控制系统116

7.1.1分程控制系统概述116

7.1.2分程控制的应用场合117

7.1.3分程控制系统控制器参数的整定120

7.1.4分程阀总流量特性的改善121

7.2阀位控制系统126

7.2.1阀位控制系统概述126

7.2.2阀位控制系统的应用126

7.2.3阀位控制系统的设计及整定128

本章思考题及习题129

第8章非线性控制系统132

8.1线性过程的非线性控制132

8.1.1液位的非线性控制132

8.1.2线性过程的其他非线性控制134

8.2非线性过程的非线性控制135

8.2.1pH控制过程的非线性控制136

8.2.2反应器的非线性控制137

本章思考题及习题138

第9章新型控制系统139

9.1纯滞后补偿控制系统139

9.1.1纯滞后补偿原理139

9.1.2纯滞后补偿控制的效果139

9.1.3史密斯补偿的实现140

9.2按计算指标及推断控制系统142

9.2.1按计算指标的控制系统142

9.2.2推断控制系统146

9.3解耦控制系统149

9.3.1关联系统解耦条件150

9.3.2解耦控制方案151

9.3.3解耦控制应用实例154

9.4预测控制系统155

9.4.1模型算法控制(MAC)156

9.4.2动态矩阵控制157

本章思考题及习题160

第2篇过程控制工程

第10章流体输送设备的控制163

10.1泵的常规控制164

10.1.1离心泵的控制方案164

10.1.2容积式泵的控制方案167

10.2压缩机的常规控制方案167

10.3离心式压缩机的防喘振控制168

10.3.1喘振现象及原因168

10.3.2防喘振控制系统170

10.3.3压缩机串、并联运行及防喘振控制174

10.4压缩机紧急停车系统175

10.5长输管线的控制179

本章思考题及习题181

第11章传热设备的控制183

11.1传热设备概述183

11.1.1传热设备的类型183

11.1.2传热设备的控制要求184

11.2传热设备的特性184

11.2.1传热设备的静态特性184

11.2.2传热设备的动态特性186

11.3一般传热设备的控制188

11.3.1换热器的控制188

11.3.2蒸汽加热器的控制189

11.3.3冷凝冷却器的控制190

11.4锅炉设备的控制191

11.4.1锅炉设备概述191

11.4.2锅炉汽包水位的控制192

11.4.3蒸汽过热系统的控制197

11.4.4锅炉燃烧过程的控制198

11.5加热炉的控制202

11.5.1采用压力平衡式控制阀(浮动阀)的控制202

11.5.2特殊温度-流量串级控制系统203

11.6蒸发器的控制203

11.6.1蒸发器产品浓度的控制203

11.6.2蒸发器其他相关参数的控制205

本章思考题及习题205

第12章精馏塔的控制207

12.1精馏塔概述207

12.1.1精馏原理207

12.1.2精馏塔的主要干扰因素207

12.1.3精馏塔的控制要求207

12.2精馏塔的特性208

12.2.1精馏塔的静态特性208

12.2.2精馏塔的动态特性209

12.3精馏塔被控变量的选择211

12.3.1采用产品成分作为直接质量指标211

12.3.2采用温度作为间接质量指标211

12.3.3用压力补偿的温度参数作为间接指标212

12.4精馏塔的整体控制方案214

12.4.1传统的物料平衡控制214

12.4.2质量指标反馈控制214

12.4.3按两端质量指标控制216

12.4.4串级、均匀、比值、前馈等控制系统在精馏塔中的应用217

12.4.5精馏塔塔压的控制218

12.5精馏塔的新型控制方案220

12.5.1内回流、热焓控制220

12.5.2解耦控制220

12.5.3推断控制221

12.5.4精馏塔的节能控制221

12.5.5精馏塔的最优控制224

本章思考题及习题226

第13章化学反应器的控制228

13.1化学反应器概述228

13.1.1化学反应器的类型228

13.1.2化学反应器的控制要求229

13.2反应器的特性230

13.3反应器的热稳定性分析231

13.3.1反应器静态工作点的热稳定性232

13.3.2开环不稳定、闭环稳定的条件233

13.4反应器的基本控制方案234

13.4.1反应器的温度控制234

13.4.2反应器的进料流量控制238

13.4.3反应器的压力控制239

13.5反应器的新型控制方案239

13.5.1聚合釜的温度-压力串级控制系统239

13.5.2具有压力补偿的反应釜温度控制239

13.5.3变换炉的最优控制240

13.5.4连续搅拌槽反应器的自适应控制241

13.5.5乙烯裂解炉的先进控制242

本章思考题及习题245

第14章间歇生产过程控制247

14.1间歇生产过程的特点248

14.1.1不连续性248

14.1.2非稳态248

14.1.3不确定性248

14.1.4共享资源处理248

14.1.5配方（Recipe）及其管理249

14.2间歇生产过程的控制250

14.2.1间歇生产过程的控制要求250

14.2.2间歇过程的控制功能251

14.2.3间歇过程的控制模型253

14.2.4间歇过程的控制表述方式254

14.2.5间歇过程的安全联锁系统254

14.2.6间歇过程控制系统的选型254

14.3间歇生产过程的操作和调度优化255

14.3.1间歇生产过程的优化操作255

14.3.2间歇生产过程的调度优化255

本章思考题及习题258

第15章工程图例符号与P&ID图259

15.1自动化工程中若干基本概念259

15.1.1关于“控制系统”的概念259

15.1.2自动化工程的概念259

15.1.3过程自动化工程中的控制方式259

15.1.4自控方案与P&ID图260

15.2自动化专业的工程图例符号260

15.2.1图形符号260

15.2.2位号262

15.2.3信号线263

15.3图形符号应用与P&ID图264

15.3.1图形符号应用264

15.3.2P&ID图272

本章思考题及习题274

参考文献275 2100433B

《过程控制系统及工程应用》概要介绍了过程控制系统的基本概念，深入分析了过程控制中常用检测与控制仪表的原理与工程选型、过程执行器的类型及特性，详细讨论了被控过程的特性及建模方法，具体论述了简单控制系统的设计与参数整定、复杂控制系统的控制策略，并对近年来发展迅速的计算机过程控制技术，如集散控制系统、现场总线技术、组态软件作了重点介绍。最后，以工程实例为基础，对过程控制系统的设计与实际应用进行了深入分析。

《过程控制系统及工程应用》侧重理论联系实际，内容深入浅出，可作为高校自动化、电气工程及自动化、测控技术与仪器、过程装备与控制工程、化学工程等专业的教材或参考书，也司供电力、石化、冶金、化工、轻工等行业的工程技术人员和研究人员参考。

前言

第一章 绪论

第一节 过程控制概述

第二节 过程控制技术的发展

第三节 过程控制系统的组成

第四节 过程控制系统的分类及性能指标

第二章 检测与控制仪表

第一节 检测仪表的组成及应用

第二节 测量误差及处理

第三节 过程参数检测

第四节 可编程序控制器plc

第三章 过程执行器

第一节 执行器的类型

第二节 调节阀

第四章 被控过程特性及建模

第一节 被控过程的数学模型

第二节 典型被控过程的动态特性

第三节 常用被控过程数学模型的建模方法

第五章 简单控制系统设计及参数整定

第一节 简单过程控制系统概述

第二节 位式控制

第三节 pid控制

第四节 单回路pid调节器参数的整定

第五节 单回路pid调节器控制规律的选择

第六章 复杂控制系统

第一节 串级控制系统

第二节 前馈控制系统

第三节 时间滞后控制系统

第四节 比值控制系统

第五节 均匀控制系统

第六节 超弛控制系统

第七节 分程控制系统

第八节 阀位控制系统

第九节 解耦控制系统

第七章 计算机过程控制系统

第一节 概述

第二节 集散控制系统

第三节 现场总线技术

第四节 组态软件

第八章 过程控制系统实例

第一节 工业锅炉设备的控制

第二节 多功能过程与控制仿真实验系统

参考文献 2100433B