目錄
第1章 過程控制系統(tǒng)概述 1
1.1 過程控制系統(tǒng)組成及特點 1
1.1.1 過程控制認識 1
1.1.2 過程控制系統(tǒng)組成 2
1.1.3 過程控制的特點 4
1.2 過程控制系統(tǒng)分類及性能指標 4
1.2.1 過程控制系統(tǒng)的分類 4
1.2.2 過程控制的性能指標 6
1.3 過程控制技術(shù)的發(fā)展 9
1.3.1 過程控制儀表的發(fā)展 9
1.3.2 計算機在過程控制中的應(yīng)用及發(fā)展 10
1.3.3 過程控制理論的發(fā)展 11
1.3.4 我國過程控制技術(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 過程控制的設(shè)計 13
習(xí)題與思考題 13
第2章 過程檢測儀表 15
2.1 檢測儀表組成及接線方式 15
2.1.1 檢測儀表組成 15
2.1.2 過程檢測儀表的接方式 16
2.2 測量誤差及處理 17
2.2.1 測量誤差的基本概念 17
2.2.2 測量變送中的幾個問題 19
2.2.3 測量信號的處理 19
2.3 安全防爆基礎(chǔ) 20
2.3.1 危險場所劃分 20
2.3.2 防爆安全柵 21
2.4 溫度檢測 22
2.4.1 接觸式與非接觸式測溫 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 接觸式測溫元件的選型與安裝 27
2.5 壓力檢測 28
2.5.1 彈性式壓力檢測 30
2.5.2 應(yīng)變片式壓力檢測 31
2.5.3 壓阻式壓力檢測 32
2.5.4 壓力表的選擇與安裝 32
2.6 流量檢測 33
2.6.1 容積式流量計 34
2.6.2 節(jié)流式流量計 35
2.6.3 浮子式流量計 37
2.6.4 渦輪流量計 38
2.6.5 漩渦（渦街）流量計 39
2.6.6 電磁流量計 39
2.6.7 超聲波流量計 40
2.6.8 質(zhì)量流量計 41
2.6.9 多相流體的流量測量 42
2.7 物位測量 42
2.7.1 浮力式液位測量 42
2.7.2 靜壓式液位測量 43
2.7.3 電容式物位測量 44
2.7.4 超聲波式物位測量 44
2.7.5 雷達式物位測量 45
2.7.6 核輻射式物位計 46
2.7.7 光纖式液位測量 46
2.7.8 多相界面的測量 47
2.8 成分測量 47
2.8.1 熱導(dǎo)式氣體成分測量 48
2.8.2 紅外式氣體成分測量 49
2.8.3 氧化鋯氧量成分測量 49
2.8.4 氣相色譜成分測量 50
2.8.5 工業(yè)電導(dǎo)儀 51
2.8.6 工業(yè)酸度計 52
2.8.7 濁度的檢測 53
2.9 過程控制中的軟測量技術(shù) 53
2.9.1 軟測量技術(shù) 53
2.9.2 軟測量方法 55
2.9.3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量 57
2.10 性質(zhì)檢測 58
2.10.1 近紅外光譜檢測技術(shù) 58
2.10.2 拉曼光譜檢測技術(shù) 59
2.10.3 核磁共振檢測技術(shù) 60
2.10.4 近紅外光譜檢測案例 60
習(xí)題與思考題 61
第3章 過程執(zhí)行器 64
3.1 調(diào)節(jié)閥 64
3.1.1 電動執(zhí)行機構(gòu) 65
3.1.2 氣動執(zhí)行機構(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 變頻器在過程控制中的應(yīng)用 78
習(xí)題與思考題 80
第4章 被控過程 81
4.1 被控過程特性 81
4.1.1 自衡過程與非自衡過程 81
4.1.2 單容和多容過程 82
4.1.3 振蕩和非振蕩過程 83
4.1.4 具有反向特性的過程 83
4.2 過程特性對控制品質(zhì)的影響 84
4.2.1 增益（放大系數(shù)）K的影響 84
4.2.2 時間常數(shù)T的影響 85
4.2.3 時滯τ的影響 86
4.3 被控過程數(shù)學(xué)模型 86
4.3.1 建立過程數(shù)學(xué)模型的目的 87
4.3.2 過程數(shù)學(xué)模型的求取方法 87
4.3.3 過程被控變量的選擇 88
4.3.4 過程輸入變量的選擇 89
4.3.5 數(shù)學(xué)模型的無因次化 89
4.4 過程建模 90
4.4.1 機理建模 90
4.4.2 時域法建模 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)過程控制策略 102
5.1 開關(guān)控制 102
5.1.1 可編程序邏輯控制器簡介 102
5.1.2 PLC在過程控制中的應(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 過程控制系統(tǒng)的投運與維護 117
習(xí)題與思考題 118
第6章 先進過程控制策略 120
6.1 內(nèi)模控制 120
6.1.1 理想內(nèi)�？刂破� 121
6.1.2 實際內(nèi)�？刂破� 121
6.2 模型預(yù)測控制 124
6.2.1 模型預(yù)測控制的特點 124
6.2.2 模型算法控制 125
6.2.3 動態(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 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 143
6.5 專家控制 146
6.5.1 專家系統(tǒng)概述 146
6.5.2 專家控制系統(tǒng) 147
6.5.3 專家控制器 150
習(xí)題與思考題 151
第7章 串級控制系統(tǒng) 153
7.1 串級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 153
7.1.1 串級控制問題的提出 153
7.1.2 串級控制系統(tǒng)設(shè)計 155
7.2 串級控制系統(tǒng)分析 156
7.2.1 減小被控對象的等效時間常數(shù) 156
7.2.2 提高系統(tǒng)工作頻率 158
7.2.3 對負載變化具有一定的自適應(yīng)能力 159
7.3 串級控制系統(tǒng)設(shè)計 159
7.3.1 設(shè)計原則 159
7.3.2 主、副控制器選擇 163
7.3.3 串級控制系統(tǒng)的整定 165
7.4 串級控制系統(tǒng)設(shè)計舉例 166
習(xí)題與思考題 168
第8章 復(fù)雜過程控制系統(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 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 時間滯后控制系統(tǒng) 177
8.2.1 史密斯預(yù)估補償方案 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 相對增益 181
8.3.3 耦合系統(tǒng)的解耦設(shè)計方法 187
8.3.4 解耦系統(tǒng)的簡化 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 計算機過程控制系統(tǒng) 204
9.1 計算機過程控制系統(tǒng)的特點和構(gòu)成 204
9.1.1 計算機過程控制系統(tǒng)的特點 204
9.1.2 計算機過程控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 205
9.1.3 計算機過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成 206
9.2 計算機過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用形式 206
9.2.1 巡回檢測與數(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的遠程監(jiān)控 219
9.5 現(xiàn)場總線技術(shù) 222
9.5.1 現(xiàn)場總線及其特點 222
9.5.2 現(xiàn)場總線通信模型 223
9.5.3 常見現(xiàn)場總線簡介 224
9.5.4 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 226
9.6 計算機信息集成技術(shù) 227
9.6.1 計算機信息集成概述 228
9.6.2 實時數(shù)據(jù)庫與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的集成 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 過程優(yōu)化技術(shù)及應(yīng)用 236
10.1 過程優(yōu)化概述 236
10.1.1 過程優(yōu)化基本概念 236
10.1.2 過程優(yōu)化的結(jié)構(gòu) 237
10.2 過程實時優(yōu)化問題 239
10.2.1 實時優(yōu)化問題的分類 239
10.2.2 過程實時優(yōu)化問題描述 240
10.3 優(yōu)化算法 242
10.3.1 線性規(guī)劃算法 242
10.3.2 二次規(guī)劃算法 243
10.4 實時優(yōu)化應(yīng)用案例 246
習(xí)題與思考題 247
第11章 工業(yè)過程故障檢測 249
11.1 工業(yè)過程故障檢測方法 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 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方法 252
11.2.3 過程故障檢測案例 253
11.3 基于動態(tài)主元分析的故障檢測 257
11.3.1 動態(tài)主元分析原理 257
11.3.2 過程故障檢測案例 258
11.4 工業(yè)過程故障檢測方法發(fā)展趨勢 259
習(xí)題與思考題 260
參考文獻 261
附錄A 過程控制SAMA圖 263
附錄B 過程控制儀表位號 265
附錄C 過程控制部分專業(yè)術(shù)語中英文對照表 268