过程控制系统（第3版）

目 录
绪论\t1
0．1 过程控制的定义和任务\t1
0．2 过程控制的发展与趋势\t4
0．2．1 自动控制理论的发展历程\t4
0．2．2 过程控制系统的发展与趋势\t5
第1章 过程控制基础知识\t7
1．1 自动控制系统的组成及分类\t7
1．1．1 人工控制与自动控制\t7
1．1．2 自动控制的基本方式\t8
1．1．3　自动控制系统的组成\t10
1．1．4 自动控制系统的分类\t11
1．2　系统运行的基本要求\t14
1．2．1 系统的动态与静态\t14
1．2．2 基本要求\t15
1．3　过程控制系统的过渡过程及控制性能指标\t16
1．3．1　过程控制系统的过渡过程\t16
1．3．2　过程控制系统的控制性能指标\t17
1．4　过程动态特性与建模\t20
1．4．1　数学模型的定义\t20
1．4．2　被控过程的数学模型（过程特性）\t20
1．4．3 传递函数\t27
1．4．4 过程特性的一般分析\t29
1．4．5 过程动态模型的实验测取\t32
1．5　过程控制系统的方框图及传递函数\t35
1．5．1　系统方框图\t35
1．5．2　方框图的等效变换与化简\t35
1．5．3　过程控制系统的传递函数\t40
1．6　常规控制规律及其对系统控制质量的影响\t42
1．6．1　PID控制的特点\t42
1．6．2　位式控制\t43
1．6．3　比例控制（P）\t44
1．6．4　积分控制（I）\t47
1．6．5　微分控制（D）\t50
本章小结\t53
思考与练习\t55
实验一　单回路控制系统控制过程演示\t56
实验二 一阶（单容）过程特性测试二阶（双容）过程特性测试\t57
第2章 简单控制系统\t59
2．1 系统组成原理\t59
2．1．1 简单控制系统的结构组成\t59
2．1．2 控制过程分析\t61
2．1．3 简单控制系统的设计概述\t62
2．2 被控变量的选择\t63
2．2．1 被控变量的选择方法\t63
2．2．2 被控变量的选择原则\t64
2．2．3 被控变量的选择实例\t64
2．3 过程特性对控制质量的影响及操纵变量的选择\t66
2．3．1　扰动通道特性对控制质量的影响\t68
2．3．2　控制通道特性对控制质量的影响\t71
2．3．3 操纵变量的选择\t74
2．4　执行器（气动薄膜控制阀）的选择\t74
2．4．1　控制阀概述\t74
2．4．2 控制阀的结构形式及选择\t77
2．4．3　控制阀气开、气关形式的选择\t80
2．4．4　控制阀流量特性的选择\t81
2．4．5　控制阀口径的选择\t87
2．4．6 阀门定位器的正确使用\t89
2．5 测量变送环节的选取及其对控制质量的影响\t91
2．5．1　对测量变送环节的基本要求\t92
2．5．2　测量误差分析\t92
2．5．3　减小动态误差的方法\t93
2．6 控制器的选择\t95
2．6．1 控制器控制规律的选择\t96
2．6．2 控制器正、反作用方式的选择\t97
2．7 简单控制系统的投运和整定\t100
2．7．1 控制系统的投运\t100
2．7．2 控制系统的整定\t103
2．8　简单控制系统的故障与处理\t108
2．8．1 故障产生的原因\t109
2．8．2 故障判断和处理的一般方法\t109
2．8．3 故障分析举例\t110
本章小结\t111
思考与练习\t113
实验三　简单控制系统的投运和整定\t116
第3章 串级控制系统\t117
3．1 基本原理和结构\t118
3．1．1 串级控制系统的组成原理\t118
3．1．2　串级控制系统的结构\t119
3．1．3　串级控制系统的控制过程\t121
3．2 串级控制系统的特点\t122
3．3　串级控制系统的应用范围\t126
3．3．1 用于具有较大纯滞后的过程\t126
3．3．2　用于具有较大容量滞后的过程\t128
3．3．3　用于存在变化剧烈和较大幅值扰动的过程\t129
3．3．4　用于具有非线性特性的过程\t129
3．4 串级控制系统的设计\t130
3．4．1 主、副被控变量的选择\t131
3．4．2 主、副控制器控制规律的选择\t135
3．4．3 主、副控制器正、反作用的选择\t135
3．4．4 串级控制系统的实施\t137
3．5 串级控制系统的投运和整定\t139
3．5．1 串级控制系统的投运\t139
3．5．2 串级控制系统的整定\t139
本章小结\t141
思考与练习\t142
实验四　串级控制系统的投运和整定\t144
第4章 前馈控制系统\t146
4．1 前馈控制原理\t146
4．2　前馈控制的特点及局限性\t147
4．2．1 前馈控制的特点\t147
4．2．2 前馈控制的局限性\t148
4．3　前馈控制系统的几种主要结构形式\t148
4．3．1　单纯的前馈控制系统\t148
4．3．2　前馈-反馈控制系统\t149
4．3．3 前馈-串级控制系统\t150
4．4　前馈控制系统的实施及应用\t151
4．4．1　前馈控制系统的实施\t151
4．4．2 前馈控制系统的应用\t153
本章小结\t154
思考与练习\t155
第5章 比值控制系统\t156
5．1 概述\t156
5．2 比值控制系统的类型\t157
5．2．1 单闭环比值控制系统\t157
5．2．2 双闭环比值控制系统\t158
5．2．3 变比值控制系统\t159
5．3 比值系数的计算\t161
5．3．1 流量与测量信号成线性关系时的折算\t161
5．3．2 流量与测量信号成非线性关系时的折算\t163
5．4 比值控制系统的实施\t164
5．4．1 两种实施方案\t164
5．4．2 比值控制系统中的信号匹配问题\t165
5．5 比值控制系统的投运与整定\t166
本章小结\t167
思考与练习\t167
实验五　单闭环比值控制系统的投运和整定\t168
第6章 其他控制系统\t170
6．1 均匀控制系统\t170
6．1．1 均匀控制原理\t170
6．1．2 均匀控制方案\t172
6．2　选择性控制系统\t175
6．2．1　选择性控制原理\t175
6．2．2　选择性控制系统的类型\t175
6．2．3　选择性控制系统工程设计和实施时的几个问题\t178
6．3　分程控制系统\t180
6．3．1　分程控制系统的组成及工作原理\t180
6．3．2　分程控制的应用场合\t181
6．3．3　分程控制系统的实施\t184
本章小结\t185
思考与练习\t186
第7章 典型化工单元的控制\t187
7．1 流体输送设备的控制\t187
7．1．1 泵的控制\t188
7．1．2 压缩机的控制\t190
7．1．3 离心式压缩机的防喘振控制系统\t192
7．2 传热设备的控制\t194
7．2．1 传热设备的特性\t194
7．2．2 一般传热设备的控制\t195
7．2．3　加热炉的控制\t198
7．3 锅炉设备的控制\t202
7．3．1　锅炉汽包水位的控制\t203
7．3．2　锅炉燃烧系统的控制\t206
7．3．3　蒸汽过热系统的控制\t209
7．4　精馏塔的控制\t210
7．4．1 精馏塔的控制目标和扰动分析\t211
7．4．2　精馏塔被控变量的选择\t212
7．4．3 精馏塔的控制方案\t214
*7．4．4　复杂控制和新型控制方案在精馏塔中的应用\t218
7．5　化学反应器的控制\t219
7．5．1 化学反应器的控制要求和被控变量的选择\t219
7．5．2 化学反应器的基本控制策略\t220
7．5．3 几种典型反应器的控制方案\t221
本章小结\t223
思考与练习\t224
第8章 控制系统工程设计\t227
8．1 工程设计的基本知识\t227
8．1．1 工程设计的基本任务和设计步骤\t227
8．1．2 工程设计的内容\t228
8．1．3 自控系统工程设计的方法\t229
8．2 控制方案及工艺控制流程图的设计\t230
8．2．1 工程设计的图例符号\t231
8．2．2 控制方案的设计\t236
8．2．3 工艺控制流程图的绘制\t239
8．3 控制系统的设备选择\t241
8．3．1 仪表自动化设备的选型\t241
8．3．2 检测仪表的选择\t241
8．3．3 显示控制仪表的选型\t242
8．3．4 自控设备表\t243
8．4 仪表盘正面布置图和背面电气接线图\t244
8．4．1 仪表盘正面布置图\t244
8．4．2 仪表盘背面电气接线图\t247
8．5　其他设计文件简介\t252
本章小结\t256
思考与练习\t256
附录A　工艺流程图上常用设备和机器图例符号\t258
附录B　工艺流程图上常用物料代号\t260
附录C　工艺流程图上管道、管件、阀门及附件图例符号\t261
附录D　过程控制范例――识读工业锅炉工艺控制流程图\t262
附录E　某自控设计的自控设备表（表一）（部分）\t263
附录F　某自控设计的自控设备表（表二）（部分）\t264
参考文献\t265