目錄
第1章 過(guò)程控制系統(tǒng)概述 1
1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn) 1
1.1.1 過(guò)程控制認(rèn)識(shí) 1
1.1.2 過(guò)程控制系統(tǒng)組成 2
1.1.3 過(guò)程控制的特點(diǎn) 4
1.2 過(guò)程控制系統(tǒng)分類(lèi)及性能指標(biāo) 4
1.2.1 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi) 4
1.2.2 過(guò)程控制的性能指標(biāo) 6
1.3 過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展 9
1.3.1 過(guò)程控制儀表的發(fā)展 9
1.3.2 計(jì)算機(jī)在過(guò)程控制中的應(yīng)用及發(fā)展 10
1.3.3 過(guò)程控制理論的發(fā)展 11
1.3.4 我國(guó)過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展 12
1.4 本課程的地位和任務(wù) 12
1.4.1 本課程的地位 12
1.4.2 本課程的任務(wù) 13
1.4.3 過(guò)程控制的設(shè)計(jì) 13
習(xí)題與思考題 13
第2章 過(guò)程檢測(cè)儀表 15
2.1 檢測(cè)儀表組成及接線(xiàn)方式 15
2.1.1 檢測(cè)儀表組成 15
2.1.2 過(guò)程檢測(cè)儀表的接方式 16
2.2 測(cè)量誤差及處理 17
2.2.1 測(cè)量誤差的基本概念 17
2.2.2 測(cè)量變送中的幾個(gè)問(wèn)題 19
2.2.3 測(cè)量信號(hào)的處理 19
2.3 安全防爆基礎(chǔ) 20
2.3.1 危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分 20
2.3.2 防爆安全柵 21
2.4 溫度檢測(cè) 22
2.4.1 接觸式與非接觸式測(cè)溫 22
2.4.2 熱電偶 23
2.4.3 熱電阻 25
2.4.4 集成式溫度傳感器 27
2.4.5 接觸式測(cè)溫元件的選型與安裝 27
2.5 壓力檢測(cè) 28
2.5.1 彈性式壓力檢測(cè) 30
2.5.2 應(yīng)變片式壓力檢測(cè) 31
2.5.3 壓阻式壓力檢測(cè) 32
2.5.4 壓力表的選擇與安裝 32
2.6 流量檢測(cè) 33
2.6.1 容積式流量計(jì) 34
2.6.2 節(jié)流式流量計(jì) 35
2.6.3 浮子式流量計(jì) 37
2.6.4 渦輪流量計(jì) 38
2.6.5 漩渦（渦街）流量計(jì) 39
2.6.6 電磁流量計(jì) 39
2.6.7 超聲波流量計(jì) 40
2.6.8 質(zhì)量流量計(jì) 41
2.6.9 多相流體的流量測(cè)量 42
2.7 物位測(cè)量 42
2.7.1 浮力式液位測(cè)量 42
2.7.2 靜壓式液位測(cè)量 43
2.7.3 電容式物位測(cè)量 44
2.7.4 超聲波式物位測(cè)量 44
2.7.5 雷達(dá)式物位測(cè)量 45
2.7.6 核輻射式物位計(jì) 46
2.7.7 光纖式液位測(cè)量 46
2.7.8 多相界面的測(cè)量 47
2.8 成分測(cè)量 47
2.8.1 熱導(dǎo)式氣體成分測(cè)量 48
2.8.2 紅外式氣體成分測(cè)量 49
2.8.3 氧化鋯氧量成分測(cè)量 49
2.8.4 氣相色譜成分測(cè)量 50
2.8.5 工業(yè)電導(dǎo)儀 51
2.8.6 工業(yè)酸度計(jì) 52
2.8.7 濁度的檢測(cè) 53
2.9 過(guò)程控制中的軟測(cè)量技術(shù) 53
2.9.1 軟測(cè)量技術(shù) 53
2.9.2 軟測(cè)量方法 55
2.9.3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測(cè)量 57
2.10 性質(zhì)檢測(cè) 58
2.10.1 近紅外光譜檢測(cè)技術(shù) 58
2.10.2 拉曼光譜檢測(cè)技術(shù) 59
2.10.3 核磁共振檢測(cè)技術(shù) 60
2.10.4 近紅外光譜檢測(cè)案例 60
習(xí)題與思考題 61
第3章 過(guò)程執(zhí)行器 64
3.1 調(diào)節(jié)閥 64
3.1.1 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 65
3.1.2 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 66
3.1.3 調(diào)節(jié)閥的流通能力 67
3.1.4 調(diào)節(jié)閥的流量特性 68
3.1.5 調(diào)節(jié)閥的選擇 74
3.2 變頻器 77
3.2.1 變頻器原理 77
3.2.2 變頻器在過(guò)程控制中的應(yīng)用 78
習(xí)題與思考題 80
第4章 被控過(guò)程 81
4.1 被控過(guò)程特性 81
4.1.1 自衡過(guò)程與非自衡過(guò)程 81
4.1.2 單容和多容過(guò)程 82
4.1.3 振蕩和非振蕩過(guò)程 83
4.1.4 具有反向特性的過(guò)程 83
4.2 過(guò)程特性對(duì)控制品質(zhì)的影響 84
4.2.1 增益（放大系數(shù)）K的影響 84
4.2.2 時(shí)間常數(shù)T的影響 85
4.2.3 時(shí)滯τ的影響 86
4.3 被控過(guò)程數(shù)學(xué)模型 86
4.3.1 建立過(guò)程數(shù)學(xué)模型的目的 87
4.3.2 過(guò)程數(shù)學(xué)模型的求取方法 87
4.3.3 過(guò)程被控變量的選擇 88
4.3.4 過(guò)程輸入變量的選擇 89
4.3.5 數(shù)學(xué)模型的無(wú)因次化 89
4.4 過(guò)程建模 90
4.4.1 機(jī)理建模 90
4.4.2 時(shí)域法建模 92
4.4.3 頻域法建模 96
4.4.4 最小二乘法建模 97
習(xí)題與思考題 100
第5章 常規(guī)過(guò)程控制策略 102
5.1 開(kāi)關(guān)控制 102
5.1.1 可編程序邏輯控制器簡(jiǎn)介 102
5.1.2 PLC在過(guò)程控制中的應(yīng)用 105
5.2 PID控制 108
5.2.1 模擬式PID調(diào)節(jié)器 109
5.2.2 數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器 110
5.2.3 改進(jìn)的PID算法 111
5.3 PID參數(shù)的整定 113
5.3.1 參數(shù)整定原則 113
5.3.2 參數(shù)整定方法 114
5.4 PID調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇 116
5.4.1 根據(jù)過(guò)程特性選擇調(diào)節(jié)器控制規(guī)律 116
5.4.2 根據(jù)τo/To比值選擇調(diào)節(jié)器控制規(guī)律 116
5.4.3 控制器正/反作用選擇 116
5.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的投運(yùn)與維護(hù) 117
習(xí)題與思考題 118
第6章 先進(jìn)過(guò)程控制策略 120
6.1 內(nèi)模控制 120
6.1.1 理想內(nèi)�？刂破� 121
6.1.2 實(shí)際內(nèi)�？刂破� 121
6.2 模型預(yù)測(cè)控制 124
6.2.1 模型預(yù)測(cè)控制的特點(diǎn) 124
6.2.2 模型算法控制 125
6.2.3 動(dòng)態(tài)矩陣控制 127
6.3 模糊控制 131
6.3.1 模糊邏輯基礎(chǔ) 132
6.3.2 模糊控制系統(tǒng) 135
6.3.3 模糊控制器設(shè)計(jì) 137
6.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 140
6.4.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概念 140
6.4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計(jì) 143
6.5 專(zhuān)家控制 146
6.5.1 專(zhuān)家系統(tǒng)概述 146
6.5.2 專(zhuān)家控制系統(tǒng) 147
6.5.3 專(zhuān)家控制器 150
習(xí)題與思考題 151
第7章 串級(jí)控制系統(tǒng) 153
7.1 串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 153
7.1.1 串級(jí)控制問(wèn)題的提出 153
7.1.2 串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 155
7.2 串級(jí)控制系統(tǒng)分析 156
7.2.1 減小被控對(duì)象的等效時(shí)間常數(shù) 156
7.2.2 提高系統(tǒng)工作頻率 158
7.2.3 對(duì)負(fù)載變化具有一定的自適應(yīng)能力 159
7.3 串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 159
7.3.1 設(shè)計(jì)原則 159
7.3.2 主、副控制器選擇 163
7.3.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的整定 165
7.4 串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 166
習(xí)題與思考題 168
第8章 復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng) 170
8.1 前饋控制系統(tǒng) 170
8.1.1 前饋控制的原理和特點(diǎn) 170
8.1.2 前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 172
8.1.3 前饋控制的應(yīng)用 173
8.2 時(shí)間滯后控制系統(tǒng) 177
8.2.1 史密斯預(yù)估補(bǔ)償方案 177
8.2.2 采樣控制方案 178
8.3 解耦控制系統(tǒng) 180
8.3.1 多變量系統(tǒng)中的耦合與解耦 180
8.3.2 相對(duì)增益 181
8.3.3 耦合系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)方法 187
8.3.4 解耦系統(tǒng)的簡(jiǎn)化 190
8.4 比值控制系統(tǒng) 191
8.4.1 單閉環(huán)比值控制 191
8.4.2 雙閉環(huán)比值控制 191
8.4.3 變比值控制 192
8.5 均勻控制系統(tǒng) 194
8.6 超弛控制系統(tǒng) 196
8.7 分程控制系統(tǒng) 197
8.8 閥位控制系統(tǒng) 200
習(xí)題與思考題 201
第9章 計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng) 204
9.1 計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和構(gòu)成 204
9.1.1 計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 204
9.1.2 計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 205
9.1.3 計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)的構(gòu)成 206
9.2 計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用形式 206
9.2.1 巡回檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理 206
9.2.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 207
9.2.3 監(jiān)督控制系統(tǒng) 207
9.2.4 集散控制系統(tǒng) 208
9.3 集散控制系統(tǒng) 208
9.3.1 DCS的體系結(jié)構(gòu) 208
9.3.2 DCS的基本組成 209
9.3.3 典型DCS簡(jiǎn)介 213
9.4 基于PLC的監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 216
9.4.1 PLC-SCADA系統(tǒng)和DCS的比較 217
9.4.2 組態(tài)軟件 218
9.4.3 基于Web的遠(yuǎn)程監(jiān)控 219
9.5 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù) 222
9.5.1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)及其特點(diǎn) 222
9.5.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信模型 223
9.5.3 常見(jiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介 224
9.5.4 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng) 226
9.6 計(jì)算機(jī)信息集成技術(shù) 227
9.6.1 計(jì)算機(jī)信息集成概述 228
9.6.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的集成 230
9.6.3 企業(yè)信息集成系統(tǒng) 234
習(xí)題與思考題 235
第10章 過(guò)程優(yōu)化技術(shù)及應(yīng)用 236
10.1 過(guò)程優(yōu)化概述 236
10.1.1 過(guò)程優(yōu)化基本概念 236
10.1.2 過(guò)程優(yōu)化的結(jié)構(gòu) 237
10.2 過(guò)程實(shí)時(shí)優(yōu)化問(wèn)題 239
10.2.1 實(shí)時(shí)優(yōu)化問(wèn)題的分類(lèi) 239
10.2.2 過(guò)程實(shí)時(shí)優(yōu)化問(wèn)題描述 240
10.3 優(yōu)化算法 242
10.3.1 線(xiàn)性規(guī)劃算法 242
10.3.2 二次規(guī)劃算法 243
10.4 實(shí)時(shí)優(yōu)化應(yīng)用案例 246
習(xí)題與思考題 247
第11章 工業(yè)過(guò)程故障檢測(cè) 249
11.1 工業(yè)過(guò)程故障檢測(cè)方法 249
11.1.1 定性分析方法 249
11.1.2 定量分析方法 250
11.2 基于主元分析的故障檢測(cè) 251
11.2.1 主元分析原理 252
11.2.2 基于主元分析的故障檢測(cè)方法 252
11.2.3 過(guò)程故障檢測(cè)案例 253
11.3 基于動(dòng)態(tài)主元分析的故障檢測(cè) 257
11.3.1 動(dòng)態(tài)主元分析原理 257
11.3.2 過(guò)程故障檢測(cè)案例 258
11.4 工業(yè)過(guò)程故障檢測(cè)方法發(fā)展趨勢(shì) 259
習(xí)題與思考題 260
參考文獻(xiàn) 261
附錄A 過(guò)程控制SAMA圖 263
附錄B 過(guò)程控制儀表位號(hào) 265
附錄C 過(guò)程控制部分專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)中英文對(duì)照表 268