描述
开 本: 16开包 装: 平装胶订国际标准书号ISBN: 9787030612625
编辑推荐
过程控制,自动控制系统,教材
内容简介
《过程控制系统》是在总结多年教学经验、取材国外优秀经典教材的基础上编写而成的。《过程控制系统》共六部分16章，每章末附有思考题与习题。第1部分是过程控制概论，包括第1章和第2章，为绪论、过程控制目标与系统设计概述；第2部分是过程动态与建模，包括第3章和第4章，介绍过程模型的基本概念和机理建模原理，以及基于过程数据的经验建模方法；第3部分是单回路反馈控制系统，包括第5章和第6章，内容涉及简单控制系统各环节的选择与设计，重点介绍PID控制器的设计和系统投运；第4部分是复杂控制系统，包括第7～11章，讲解串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、均匀控制系统及选择性控制系统、分程控制系统及阀位控制系统的分析和设计方法；第5部分是先进过程控制，包括第12～14章，重点介绍过程控制系统中较常用的多回路和多变量控制、内模控制和模型预测控制；第6部分是典型过程系统的控制，包括第15章和第16章，介绍火电机组的过程控制、精馏塔的自动控制。
目 录
目录
前言
第1部分 过程控制概论
第1章 绪论 3
1.1 控制系统的功能和必要性 4
1.1.1 控制系统的功能 4
1.1.2 控制系统的必要性 7
1.2 控制可能实现的前提要素 8
1.3 实现控制必需的设备和装置 9
1.4 控制系统实现的安装布置方式 10
1.5 控制工程师的专业职责 11
1.6 过程控制工程设计图纸表达 13
1.7 控制系统举例 14
本章小结 15
思考题与习题 15
参考文献 16
第2章 过程控制目标与系统设计概述 17
2.1 过程控制目标 17
2.2 过程控制功能的多层体系 22
2.3 过程控制系统设计概述 25
本章小结 27
思考题与习题 28
参考文献 28
第2部分 过程动态与建模
第3章 过程模型的基本概念和机理建模原理 31
3.1 过程模型基本概念和典型工业过程的动态特性 32
3.2 机理建模的步骤 37
3.2.1 定义建模目标 39
3.2.2 建模前的信息准备 40
3.2.3 模型方程的形式化描述 41
3.2.4 模型的数学求解 45
3.2.5 结果分析 47
3.2.6 模型验证 49
3.3 过程模型的线性化 51
3.4 过程模型常微分方程的数值解法 57
3.5 用于过程控制的机理建模方法举例 59
本章小结 60
思考题与习题 61
参考文献 62
第4章 基于过程数据的经验建模方法 64
4.1 经验建模的一般步骤 65
4.1.1 实验设计 65
4.1.2 过程动态实验 66
4.1.3 确定模型结构 67
4.1.4 参数估计 67
4.1.5 诊断评判 67
4.1.6 模型验证 67
4.2 过程响应曲线法 68
4.2.1 实验设计 71
4.2.2 过程动态实验 72
4.2.3 诊断评判 72
4.2.4 模型验证 73
4.3 统计模型辨识法 77
4.3.1 实验设计 82
4.3.2 过程动态实验 82
4.3.3 模型结构 82
4.3.4 诊断评判 83
本章小结 86
思考题与习题 87
参考文献 88
第3部分 单回路反馈控制系统
第5章 简单控制系统设计概述 91
5.1 反馈控制回路中的过程设备和仪表元件 91
5.2 被控变量和操纵变量的选择 96
5.2.1 被控变量的选择 96
5.2.2 操纵变量的选择 99
5.3 针对常用输入变化的控制性能指标 103
5.3.1 设定值输入变化 103
5.3.2 干扰输入变化 108
本章小结 109
思考题与习题 110
参考文献 111
第6章 PID控制器的设计和系统投运 112
6.1 PID反馈控制模式与控制规律 113
6.1.1 比例控制 113
6.1.2 比例积分控制 117
6.1.3 比例积分微分控制 120
6.2 PID控制器的选取与整定 122
6.2.1 控制器的选型 122
6.2.2 PID参数整定方法 124
6.3 PID参数自整定方法 130
6.3.1 继电反馈技术的基本思想和原理 130
6.3.2 继电反馈技术的应用 133
6.3.3 仿真举例 133
6.4 单回路PID反馈控制系统的投运 136
本章小结 137
思考题与习题 137
参考文献 139
第4部分 复杂控制系统
第7章 串级控制系统 143
7.1 串级控制系统的基本概念 143
7.2 串级控制系统分析及特点 146
7.3 串级控制系统设计 148
7.4 串级控制系统的实施 152
7.4.1 系统投运 152
7.4.2 参数整定 152
7.5 串级控制系统举例 155
本章小结 156
思考题与习题 157
参考文献 158
第8章 前馈控制系统 159
8.1 前馈控制的基本原理及特点 159
8.1.1 前馈控制的基本原理 159
8.1.2 前馈控制的特点 161
8.2 前馈控制系统的几种主要结构形式 162
8.2.1 静态前馈控制 162
8.2.2 动态前馈控制 163
8.2.3 前馈-反馈控制系统 164
8.2.4 前馈-串级控制系统 165
8.3 前馈控制规律的实施和系统的应用原则 166
8.3.1 前馈控制规律的实施 166
8.3.2 前馈控制系统的应用原则 167
8.4 前馈控制系统的参数整定 168
8.4.1 静态前馈放大系数Kf的整定 168
8.4.2 时间常数T1和T2的整定 169
本章小结 169
思考题与习题 170
参考文献 171
第9章 比值控制系统 172
9.1 比值控制系统的类型 172
9.1.1 开环比值控制系统 172
9.1.2 单闭环比值控制系统 173
9.1.3 双闭环比值控制系统 173
9.1.4 其他类型的比值控制系统 174
9.2 比值系数的计算 176
9.3 比值控制方案的实施 177
9.4 比值控制系统的投运和整定 181
本章小结 182
思考题与习题 182
参考文献 183
第10章 均匀控制系统及选择性控制系统 184
10.1 均匀控制的概念及方案 184
10.1.1 均匀控制的概念 184
10.1.2 均匀控制系统的实施方案 185
10.1.3 均匀控制系统的特点和示例 188
10.2 均匀控制系统的设计和分析 189
10.2.1 均匀控制系统的设计 189
10.2.2 均匀控制系统的分析 190
10.3 选择性控制系统的概念和类型 192
10.3.1 选择性控制系统的概念 192
10.3.2 选择性控制系统的类型 192
10.4 选择性控制系统的设计 196
10.4.1 选择器类型的选择 196
10.4.2 控制器控制规律的选择 196
10.4.3 控制器参数整定与防积分饱和 197
本章小结 198
思考题与习题 199
参考文献 199
第11章 分程控制系统及阀位控制系统 200
11.1 分程控制系统的概念与设计方法 200
11.1.1 基本概念 200
11.1.2 分程控制系统的设计与分程控制的实现 202
11.2 分程控制系统的工业应用举例 204
11.3 阀位控制系统结构和原理 207
11.4 阀位控制系统设计和应用举例 209
11.4.1 阀位控制系统设计 209
11.4.2 阀位控制系统应用举例 209
本章小结 211
思考题与习题 212
参考文献 212
第5部分 先进过程控制
第12章 多回路和多变量控制 215
12.1 相对增益关联分析法 216
12.1.1 相对增益的概念 216
12.1.2 相对增益矩阵的计算和性质 219
12.2 耦合系统的变量配对与控制参数整定 223
12.2.1 耦合系统的变量配对 223
12.2.2 耦合多回路系统的控制器参数整定 228
12.3 解耦控制系统设计 232
本章小结 240
思考题与习题 241
参考文献 243
第13章 内模控制 244
13.1 内模控制的基本概念 244
13.1.1 IMC 结构及其与“经典反馈控制结构”的关系 244
13.1.2 内部稳定性的概念 245
13.1.3 灵敏度函数及互补灵敏度函数 248
13.1.4 “完美控制”的概念 250
13.1.5 输入信号的分类和规定 251
13.1.6 不考虑模型不确定性时的内模控制器 252
13.2 模型不确定性和鲁棒性 254
13.2.1 模型不确定性的基本概念 254
13.2.2 鲁棒性的概念 256
13.2.3 H**控制 256
13.2.4 鲁棒稳定性和鲁棒性能的条件 257
13.3 内模控制设计步骤与设计举例 259
13.3.1 内模控制设计步骤 259
13.3.2 典型过程对象的内模控制设计举例 259
13.4 改进的内模控制系统 265
13.5 纯迟延补偿控制系统 267
13.5.1 概述 267
13.5.2 Smith预估补偿控制原理和性能分析 268
13.5.3 Smith预估补偿控制的改进方案 272
本章小结 274
思考题与习题 275
参考文献 276
第14章 模型预测控制 277
14.1 模型预测控制的基本原理和应用场合 278
14.1.1 基本原理 278
14.1.2 应用场合 280
14.2 单变量无约束动态矩阵控制算法 281
14.2.1 SISO线性时不变过程的FSR模型 282
14.2.2 采用FSR模型对未来输出进行预测 283
14.2.3 滚动优化 284
14.2.4 反馈校正 285
14.2.5 设计参数的选择 286
14.2.6 适用于无自衡过程的DMC算法 288
14.3 多变量有约束动态矩阵控制算法 289
14.4 模型预测控制设计与应用举例 292
本章小结 293
思考题与习题 294
参考文献 294
第6部分 典型过程系统的控制
第15章 火电机组的过程控制 299
15.1 大型单元机组的生产过程及其对控制的要求 299
15.2 火电机组负荷控制系统 303
15.2.1 机组负荷控制的三种方式 304
15.2.2 机组负荷控制系统的组成和功能分析 305
15.3 汽包锅炉燃烧过程的控制系统 311
15.3.1 汽压被控对象的动态特性 312
15.3.2 燃烧过程控制系统的基本方案 315
15.4 汽包锅炉给水控制系统 322
15.4.1 给水被控对象的动态特性 322
15.4.2 汽包水位的三冲量控制方案 326
15.4.3 汽包水位串级三冲量控制系统的参数整定 328
本章小结 330
思考题与习题 330
参考文献 332
第16章 精馏塔的自动控制 333
16.1 精馏塔的控制目标及扰动分析 334
16.2 精馏塔的静态特性和动态特性 335
16.2.1 精馏塔的静态特性 336
16.2.2 精馏塔的动态特性 337
16.3 精馏塔被控变量或质量指标的选取 343
16.4 精馏塔的基本控制方案 345
16.4.1 按精馏段指标控制 347
16.4.2 按提馏段指标控制 348
16.4.3 精馏塔压力控制 349
16.5 二元精馏塔仿真实例 352
本章小结 353
思考题与习题 353
参考文献 354
前言
第1部分 过程控制概论
第1章 绪论 3
1.1 控制系统的功能和必要性 4
1.1.1 控制系统的功能 4
1.1.2 控制系统的必要性 7
1.2 控制可能实现的前提要素 8
1.3 实现控制必需的设备和装置 9
1.4 控制系统实现的安装布置方式 10
1.5 控制工程师的专业职责 11
1.6 过程控制工程设计图纸表达 13
1.7 控制系统举例 14
本章小结 15
思考题与习题 15
参考文献 16
第2章 过程控制目标与系统设计概述 17
2.1 过程控制目标 17
2.2 过程控制功能的多层体系 22
2.3 过程控制系统设计概述 25
本章小结 27
思考题与习题 28
参考文献 28
第2部分 过程动态与建模
第3章 过程模型的基本概念和机理建模原理 31
3.1 过程模型基本概念和典型工业过程的动态特性 32
3.2 机理建模的步骤 37
3.2.1 定义建模目标 39
3.2.2 建模前的信息准备 40
3.2.3 模型方程的形式化描述 41
3.2.4 模型的数学求解 45
3.2.5 结果分析 47
3.2.6 模型验证 49
3.3 过程模型的线性化 51
3.4 过程模型常微分方程的数值解法 57
3.5 用于过程控制的机理建模方法举例 59
本章小结 60
思考题与习题 61
参考文献 62
第4章 基于过程数据的经验建模方法 64
4.1 经验建模的一般步骤 65
4.1.1 实验设计 65
4.1.2 过程动态实验 66
4.1.3 确定模型结构 67
4.1.4 参数估计 67
4.1.5 诊断评判 67
4.1.6 模型验证 67
4.2 过程响应曲线法 68
4.2.1 实验设计 71
4.2.2 过程动态实验 72
4.2.3 诊断评判 72
4.2.4 模型验证 73
4.3 统计模型辨识法 77
4.3.1 实验设计 82
4.3.2 过程动态实验 82
4.3.3 模型结构 82
4.3.4 诊断评判 83
本章小结 86
思考题与习题 87
参考文献 88
第3部分 单回路反馈控制系统
第5章 简单控制系统设计概述 91
5.1 反馈控制回路中的过程设备和仪表元件 91
5.2 被控变量和操纵变量的选择 96
5.2.1 被控变量的选择 96
5.2.2 操纵变量的选择 99
5.3 针对常用输入变化的控制性能指标 103
5.3.1 设定值输入变化 103
5.3.2 干扰输入变化 108
本章小结 109
思考题与习题 110
参考文献 111
第6章 PID控制器的设计和系统投运 112
6.1 PID反馈控制模式与控制规律 113
6.1.1 比例控制 113
6.1.2 比例积分控制 117
6.1.3 比例积分微分控制 120
6.2 PID控制器的选取与整定 122
6.2.1 控制器的选型 122
6.2.2 PID参数整定方法 124
6.3 PID参数自整定方法 130
6.3.1 继电反馈技术的基本思想和原理 130
6.3.2 继电反馈技术的应用 133
6.3.3 仿真举例 133
6.4 单回路PID反馈控制系统的投运 136
本章小结 137
思考题与习题 137
参考文献 139
第4部分 复杂控制系统
第7章 串级控制系统 143
7.1 串级控制系统的基本概念 143
7.2 串级控制系统分析及特点 146
7.3 串级控制系统设计 148
7.4 串级控制系统的实施 152
7.4.1 系统投运 152
7.4.2 参数整定 152
7.5 串级控制系统举例 155
本章小结 156
思考题与习题 157
参考文献 158
第8章 前馈控制系统 159
8.1 前馈控制的基本原理及特点 159
8.1.1 前馈控制的基本原理 159
8.1.2 前馈控制的特点 161
8.2 前馈控制系统的几种主要结构形式 162
8.2.1 静态前馈控制 162
8.2.2 动态前馈控制 163
8.2.3 前馈-反馈控制系统 164
8.2.4 前馈-串级控制系统 165
8.3 前馈控制规律的实施和系统的应用原则 166
8.3.1 前馈控制规律的实施 166
8.3.2 前馈控制系统的应用原则 167
8.4 前馈控制系统的参数整定 168
8.4.1 静态前馈放大系数Kf的整定 168
8.4.2 时间常数T1和T2的整定 169
本章小结 169
思考题与习题 170
参考文献 171
第9章 比值控制系统 172
9.1 比值控制系统的类型 172
9.1.1 开环比值控制系统 172
9.1.2 单闭环比值控制系统 173
9.1.3 双闭环比值控制系统 173
9.1.4 其他类型的比值控制系统 174
9.2 比值系数的计算 176
9.3 比值控制方案的实施 177
9.4 比值控制系统的投运和整定 181
本章小结 182
思考题与习题 182
参考文献 183
第10章 均匀控制系统及选择性控制系统 184
10.1 均匀控制的概念及方案 184
10.1.1 均匀控制的概念 184
10.1.2 均匀控制系统的实施方案 185
10.1.3 均匀控制系统的特点和示例 188
10.2 均匀控制系统的设计和分析 189
10.2.1 均匀控制系统的设计 189
10.2.2 均匀控制系统的分析 190
10.3 选择性控制系统的概念和类型 192
10.3.1 选择性控制系统的概念 192
10.3.2 选择性控制系统的类型 192
10.4 选择性控制系统的设计 196
10.4.1 选择器类型的选择 196
10.4.2 控制器控制规律的选择 196
10.4.3 控制器参数整定与防积分饱和 197
本章小结 198
思考题与习题 199
参考文献 199
第11章 分程控制系统及阀位控制系统 200
11.1 分程控制系统的概念与设计方法 200
11.1.1 基本概念 200
11.1.2 分程控制系统的设计与分程控制的实现 202
11.2 分程控制系统的工业应用举例 204
11.3 阀位控制系统结构和原理 207
11.4 阀位控制系统设计和应用举例 209
11.4.1 阀位控制系统设计 209
11.4.2 阀位控制系统应用举例 209
本章小结 211
思考题与习题 212
参考文献 212
第5部分 先进过程控制
第12章 多回路和多变量控制 215
12.1 相对增益关联分析法 216
12.1.1 相对增益的概念 216
12.1.2 相对增益矩阵的计算和性质 219
12.2 耦合系统的变量配对与控制参数整定 223
12.2.1 耦合系统的变量配对 223
12.2.2 耦合多回路系统的控制器参数整定 228
12.3 解耦控制系统设计 232
本章小结 240
思考题与习题 241
参考文献 243
第13章 内模控制 244
13.1 内模控制的基本概念 244
13.1.1 IMC 结构及其与“经典反馈控制结构”的关系 244
13.1.2 内部稳定性的概念 245
13.1.3 灵敏度函数及互补灵敏度函数 248
13.1.4 “完美控制”的概念 250
13.1.5 输入信号的分类和规定 251
13.1.6 不考虑模型不确定性时的内模控制器 252
13.2 模型不确定性和鲁棒性 254
13.2.1 模型不确定性的基本概念 254
13.2.2 鲁棒性的概念 256
13.2.3 H**控制 256
13.2.4 鲁棒稳定性和鲁棒性能的条件 257
13.3 内模控制设计步骤与设计举例 259
13.3.1 内模控制设计步骤 259
13.3.2 典型过程对象的内模控制设计举例 259
13.4 改进的内模控制系统 265
13.5 纯迟延补偿控制系统 267
13.5.1 概述 267
13.5.2 Smith预估补偿控制原理和性能分析 268
13.5.3 Smith预估补偿控制的改进方案 272
本章小结 274
思考题与习题 275
参考文献 276
第14章 模型预测控制 277
14.1 模型预测控制的基本原理和应用场合 278
14.1.1 基本原理 278
14.1.2 应用场合 280
14.2 单变量无约束动态矩阵控制算法 281
14.2.1 SISO线性时不变过程的FSR模型 282
14.2.2 采用FSR模型对未来输出进行预测 283
14.2.3 滚动优化 284
14.2.4 反馈校正 285
14.2.5 设计参数的选择 286
14.2.6 适用于无自衡过程的DMC算法 288
14.3 多变量有约束动态矩阵控制算法 289
14.4 模型预测控制设计与应用举例 292
本章小结 293
思考题与习题 294
参考文献 294
第6部分 典型过程系统的控制
第15章 火电机组的过程控制 299
15.1 大型单元机组的生产过程及其对控制的要求 299
15.2 火电机组负荷控制系统 303
15.2.1 机组负荷控制的三种方式 304
15.2.2 机组负荷控制系统的组成和功能分析 305
15.3 汽包锅炉燃烧过程的控制系统 311
15.3.1 汽压被控对象的动态特性 312
15.3.2 燃烧过程控制系统的基本方案 315
15.4 汽包锅炉给水控制系统 322
15.4.1 给水被控对象的动态特性 322
15.4.2 汽包水位的三冲量控制方案 326
15.4.3 汽包水位串级三冲量控制系统的参数整定 328
本章小结 330
思考题与习题 330
参考文献 332
第16章 精馏塔的自动控制 333
16.1 精馏塔的控制目标及扰动分析 334
16.2 精馏塔的静态特性和动态特性 335
16.2.1 精馏塔的静态特性 336
16.2.2 精馏塔的动态特性 337
16.3 精馏塔被控变量或质量指标的选取 343
16.4 精馏塔的基本控制方案 345
16.4.1 按精馏段指标控制 347
16.4.2 按提馏段指标控制 348
16.4.3 精馏塔压力控制 349
16.5 二元精馏塔仿真实例 352
本章小结 353
思考题与习题 353
参考文献 354
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