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绪论1

第1章　简单控制系统7

1.1 控制系统组成和控制性能指标7

1.1.1 控制系统的组成7

1.1.2 控制系统的控制性能指标9

1.2 过程动态特性和过程动态模型的建立11

1.2.1 典型过程动态特性11

1.2.2 过程特性对控制性能指标的影响14

1.2.3 过程动态模型的建立16

1.2.4　机理建模18

1.2.5 过程辨识与参数估计20

1.3 检测变送环节22

1.3.1 检测变送环节的性能22

1.3.2 对检测变送信号的处理24

1.4 控制阀的选择26

1.4.1 结构形式及材质的选择26

1.4.2 口径大小及控制阀作用方式的选择29

1.4.3 控制阀的流量特性30

1.4.4 控制阀流量特性的选择32

1.4.5 阀门定位器的选择35

1.4.6　其他执行器35

1.5 控制器的控制算法36

1.5.1 连续PID控制算法36

1.5.2 离散PID控制算法40

1.5.3 双位控制42

1.6 控制器控制规律选择与参数整定44

1.6.1 控制器控制规律选择44

1.6.2 控制器的参数整定若干原则45

1.6.3 控制器参数工程整定法46

1.6.4 控制系统的投运48

思考题与习题49

第2章　复杂控制系统51

2.1 串级控制系统51

2.1.1 串级控制系统的基本原理和结构51

2.1.2 串级控制系统的特点53

2.1.3 串级控制系统的设计55

2.1.4 串级控制系统控制器参数整定及投运59

2.1.5 串级控制系统的变型59

2.1.6 串级控制系统应用实例61

2.2 比值控制系统62

2.2.1 基本原理和结构62

2.2.2 比值系数的计算63

2.2.3 比值控制系统设计和工程应用中的问题66

2.2.4 比值控制系统的参数整定和投运67

2.2.5 比值控制系统的变型68

2.2.6 比值控制系统应用实例69

2.3 均匀控制系统71

2.3.1 均匀控制系统的基本原理和结构71

2.3.2 均匀控制系统控制规律的选择及参数整定73

2.4 前馈控制系统74

2.4.1 基本原理74

2.4.2 前馈控制的主要结构形式75

2.4.3 前馈控制系统的设计及工程实施中若干问题77

2.4.4 前馈控制系统的投运和参数整定79

2.4.5 前馈控制系统的应用实例79

2.5 选择性控制系统80

2.5.1 基本原理和结构80

2.5.2 选择性控制系统设计和工程应用中的问题83

2.5.3 选择性控制系统应用实例84

2.6 分程控制系统86

2.6.1 不同工况需要不同的控制手段86

2.6.2 扩大控制阀的可调范围87

2.7 双重控制系统88

2.7.1　基本原理和结构88

2.7.2 双重控制系统设计和工程应用中的问题89

2.7.3 双重控制系统应用实例89

思考题与习题90

第3章　先进控制技术92

3.1　基于模型的预测控制92

3.1.1 预测控制基本原理93

3.1.2　预测控制算法94

3.1.3 预测控制软件包的发展96

3.1.4 预测控制在国内的应用97

3.2　推断控制97

3.2.1 推断控制系统97

3.2.2 输出可测条件下的推断控制99

3.2.3　工业应用实例100

3.3 软测量技术101

3.3.1 软测量技术102

3.3.2　软测量工程设计103

3.3.3 工业应用实例104

3.4　差拍控制系统105

3.4.1　差拍控制系统105

3.4.2　达林控制算法106

3.4.3　V．E．控制算法106

3.5 纯滞后补偿控制系统106

3.5.1 史密斯预估补偿控制方案106

3.5.2 自适应史密斯预估补偿控制107

3.5.3 应用实例108

3.6 解耦控制系统109

3.6.1 系统的关联109

3.6.2　相对增益110

3.6.3 减少与解除耦合途径111

3.6.4 串接解耦控制113

3.6.5　工业应用实例115

3.7 自适应控制和鲁棒控制117

3.7.1 自适应控制概述117

3.7.2　自整定调节器117

3.7.3 模型参考型自适应控制系统120

3.7.4　自校正控制系统120

3.7.5　自适应控制工业应用实例121

3.7.6　鲁棒控制122

3.8　故障检测诊断和容错控制123

3.8.1　故障检测和诊断123

3.8.2　容错控制124

3.9 现场总线控制系统125

3.9.1 现场总线控制系统的主要特点125

3.9.2 现场总线控制系统126

3.10　综合自动化系统130

3.10.1 综合自动化的意义130

3.10.2　综合自动化系统的特点131

3.10.3　工业生产过程计算机集成控制系统的构成132

思考题与习题133

第4章　智能控制134

4.1 模糊控制134

4.1.1　模糊控制的数学基础135

4.1.2 模糊控制器的基本结构143

4.1.3 模糊控制器设计的若干问题145

4.1.4　模糊控制器设计实例149

4.1.5 模糊控制与传统控制的结合154

4.2　神经网络控制156

4.2.1 人工神经元和人工神经网络157

4.2.2　典型神经网络159

4.2.3　神经网络建模163

4.2.4 神经网络控制165

4.3　专家控制168

4.3.1 专家系统168

4.3.2 专家控制169

4.3.3 专家控制系统应用示例173

思考题与习题175

第5章　流体输送设备的控制176

5.1 概述176

5.2 泵及压缩机的控制176

5.2.1 离心泵的控制177

5.2.2 容积式泵的控制179

5.2.3　风机的控制180

5.2.4　压缩机的控制181

5.2.5 变频调速器的应用183

5.3 离心式压缩机的防喘振控制184

5.3.1 离心式压缩机的喘振184

5.3.2 防喘振控制系统185

5.3.3 实例分析189

思考题与习题194

第6章　传热设备的控制195

6.1 传热设备的特性195

6.1.1 传热过程的两个基本方程式195

6.1.2 换热器静态特性的基本方程式196

6.1.3 换热器的静态放大系数197

6.1.4　控制方案的分析198

6.2 一般传热设备的控制199

6.2.1 调节载热体流量199

6.2.2 调节载热体的气化温度200

6.2.3　将工艺介质分路200

6.2.4 控制传热面积202

6.3 传热设备的热焓与热量控制方案203

6.3.1 热焓控制203

6.3.2 热量控制203

6.4 锅炉设备的控制205

6.4.1 锅炉气包水位的控制205

6.4.2 锅炉燃烧系统的控制211

6.4.3 蒸气过热系统的控制215

6.5 管式加热炉的控制216

6.5.1 加热炉的简单控制216

6.5.2 加热炉的串级控制系统218

6.5.3 安全联锁保护系统219

6.5.4 加热炉的热效率控制220

6.6 蒸发器的控制221

6.6.1 蒸发器的特性222

6.6.2 蒸发器的主控制回路222

6.6.3 蒸发器的辅助控制回路224

6.7 工业窑炉的控制224

6.7.1 玻璃窑炉的控制224

6.7.2 燃烧式工业窑炉控制227

6.7.3 水泥窑炉的控制229

思考题与习题230

第7章　精馏塔的控制233

7.1 概述233

7.1.1 精馏塔的控制要求233

7.1.2 精馏塔的扰动分析234

7.2 精馏塔的特性235

7.2.1 物料平衡和内部物料平衡235

7.2.2　能量平衡关系237

7.2.3 进料浓度zF和流量F对产品质量影响238

7.3 精馏塔产品质量指标选择239

7.3.1 采用温度作为间接质量指标240

7.3.2 采用压力补偿的温度作为间接质量指标241

7.4 精馏塔的基本控制242

7.4.1 按精馏段指标的控制242

7.4.2 按提馏段指标的控制243

7.4.3 精馏塔的压力控制244

7.5 精馏塔的节能控制247

7.5.1 浮动塔压控制248

7.5.2 能量的综合利用控制249

7.5.3 产品质量的“卡边”控制250

7.5.4 双重控制用于精馏塔节能控制251

7.5.5 控制两端产品质量251

7.6 精馏塔的先进控制255

7.6.1 推断控制255

7.6.2 软测量257

7.6.3 预测控制261

7.7 精馏塔的优化控制264

思考题与习题268

第8章　化学反应器的控制269

8.1 概述269

8.1.1 化学反应器的控制要求269

8.1.2 化学反应器的基本控制策略270

8.2 化学反应器的特性270

8.2.1 化学反应速度271

8.2.2 化学平衡271

8.2.3 转化率272

8.2.4 化学反应器的热稳定性272

8.3 化学反应器的基本控制274

8.3.1 出料成分的控制274

8.3.2 反应过程的工艺参数作为间接被控变量274

8.3.3 pH控制277

8.3.4 化学反应器的推断控制277

8.3.5 稳定外围的控制280

8.3.6 开环不稳定反应器的控制281

思考题与习题282

第9章　典型工业生产过程的控制284

9.1 合成氨过程的控制284

9.1.1 变换炉的控制284

9.1.2 转化炉水／碳比控制285

9.1.3　合成塔的控制286

9.1.4 大化肥装置的故障安全控制（FSC）系统288

9.2 常减压过程的控制292

9.2.1 常减压过程简介292

9.2.2 常减压塔的控制292

9.2.3 常压塔的多变量约束预测控制系统297

9.3 催化裂化过程的控制299

9.3.1 催化裂化过程反应-再生系统的控制299

9.3.2 裂解气分馏塔的控制300

9.3.3 裂解气分馏塔的粗汽油干点软测量300

9.3.4 吸收-稳定系统的控制302

9.3.5 催化裂化装置多变量预测控制303

9.3.6 反应-再生系统先进控制专家系统304

9.4 乙烯生产过程的控制306

9.4.1 裂解过程的控制307

9.4.2　分离过程的控制310

9.5 聚合过程的控制313

9.5.1 聚对苯二甲酸乙二酯（聚酯）过程的控制313

9.5.2 聚氯乙烯过程的控制314

9.5.3 聚乙烯过程的控制316

9.5.4 聚乙烯生产装置关键控制回路的预测控制320

9.6 生化过程的控制322

9.6.1 常用生化过程控制322

9.6.2 啤酒发酵过程控制324

9.6.3 典型生化过程的计算机控制326

9.7 制浆造纸过程的控制328

9.7.1 制浆造纸过程的控制328

9.7.2 硫酸盐法制浆过程的控制334

9.8 冶金过程的控制336

9.8.1 转炉炼钢过程的控制336

9.8.2 氧化转炉炼钢控制338

9.8.3 初轧生产过程的控制341

思考题与习题344

参考文献345