過(guò)程控制系統(tǒng)

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣工程與自動(dòng)化技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展速度，改變著我國(guó)工業(yè)的整體面貌。同時(shí)，對(duì)社會(huì)的生產(chǎn)方式、人們的生活方式和思想觀念也產(chǎn)生了重大的影響，并在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著與信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和能源科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的交叉融合，它正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化的方向發(fā)展。教育是培養(yǎng)人才和增強(qiáng)民族創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，高等學(xué)校作為國(guó)家培養(yǎng)人才的主要基地，肩負(fù)著教書(shū)育人的神圣使命。在實(shí)際教學(xué)中，根據(jù)社會(huì)需求，構(gòu)建具有時(shí)代特征、反映最新科技成果的知識(shí)體系是每個(gè)教育工作者義不容辭的光榮任務(wù)。教書(shū)育人，教材先行。機(jī)械工業(yè)出版社幾十年來(lái)出版了大量的電氣工程與自動(dòng)化類教材，有些教材十幾年、幾十年長(zhǎng)盛不衰，有著很好的基礎(chǔ)。為了適應(yīng)我國(guó)目前高等學(xué)校電氣工程與自動(dòng)化類專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，配合各高等學(xué)校的教學(xué)改革進(jìn)程，滿足不同類型、不同層次的學(xué)校在課程設(shè)置上的需求，由中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)科教學(xué)委員會(huì)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)高校工業(yè)自動(dòng)化教育專業(yè)委員會(huì)、機(jī)械工業(yè)出版社共同發(fā)起成立了“全國(guó)高等學(xué)校電氣工程與自動(dòng)化系列教材編審委員會(huì)”，組織出版新的電氣工程與自動(dòng)化類系列教材。這套教材基于“加強(qiáng)基礎(chǔ)。削枝強(qiáng)干，循序漸進(jìn)。力求創(chuàng)新"的原則，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)課程內(nèi)容的整合、交融和改革，以不同的模塊組合來(lái)滿足各類學(xué)校特色辦學(xué)的需要。并力求做到。

內(nèi)容概要

　　《過(guò)程控制系統(tǒng)》在分析穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，主要討論了簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，常用復(fù)雜控制系統(tǒng)（串級(jí)、均勻、比值、前饋、選擇性、分程、雙重、差拍等控制）的結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)、適用場(chǎng)合、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用等問(wèn)題，并簡(jiǎn)單介紹了先進(jìn)控制技術(shù)（基于模型的預(yù)測(cè)控制、軟測(cè)量技術(shù)、純滯后補(bǔ)償控制、自適應(yīng)控制、智能控制、綜合自動(dòng)化等）。闡述了過(guò)程工業(yè)（石化、化工、輕工、醫(yī)藥等）生產(chǎn)過(guò)程中的典型單元操作的控制方案，還介紹了典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程（常減壓過(guò)程、催化裂化過(guò)程、乙烯生產(chǎn)過(guò)程、聚合過(guò)程、生化過(guò)程、造紙過(guò)程、冶金過(guò)程、電力過(guò)程和化肥生產(chǎn)過(guò)程）的控制。《過(guò)程控制系統(tǒng)》的特點(diǎn)是理論與實(shí)際結(jié)合，基本理論與新技術(shù)并重，內(nèi)容切合信息時(shí)代的需要，并力求深入淺出，著重物理概念。

作者簡(jiǎn)介

俞金壽，男，漢族，1939年8月生，1963年8月畢業(yè)于華東化工學(xué)院化機(jī)系化工自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任華東理工大學(xué)自動(dòng)系教授，博士生導(dǎo)師，控制科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)負(fù)責(zé)人，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)過(guò)程控制委員會(huì)副主任，中國(guó)化工學(xué)會(huì)理事，《華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)》編委，《化工自動(dòng)化及儀表》編委會(huì)副主任?！妒突ぷ詣?dòng)化》編委會(huì)副主任，《世界儀表與自動(dòng)化》編委，《過(guò)程控制工程》編委。 主編和參編出版了30種教材和專著。其中《過(guò)程控制工程》獲1992年全國(guó)高等院校優(yōu)秀教材獎(jiǎng)（國(guó)家級(jí)），《過(guò)程控制工程》（第2版）獲2002年全國(guó)普通高校優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)?！哆^(guò)程自動(dòng)化及儀表》獲2007年上海市優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)。 長(zhǎng)期致力于工業(yè)過(guò)程模型化與控制，計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制，先進(jìn)控制系統(tǒng)，控制理論及應(yīng)用等科研工作。在國(guó)內(nèi)外雜志和國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文400余篇，“工業(yè)過(guò)程微機(jī)優(yōu)化控制”、“精餾過(guò)程建模與控制”、“酮苯脫蠟裝置最適處理量和脫蠟油收率優(yōu)化控制”等九項(xiàng)科研成果先后獲國(guó)家教委、上海市、中石化科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

書(shū)籍目錄

序前言第1章 緒論1.1 控制理論與過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r1.2 過(guò)程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2.1 概述1.2.2 閉環(huán)控制與開(kāi)環(huán)控制1.2.3 控制系統(tǒng)的組成及框圖1.2.4 控制系統(tǒng)的分類1.3 控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程1.3.1 穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)1.3.2 控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及品質(zhì)指標(biāo)1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的研究對(duì)象與任務(wù)習(xí)題及思考題第2章 工業(yè)過(guò)程數(shù)學(xué)模型2.1 工業(yè)過(guò)程穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型2.1.1 機(jī)理建模2.1.2 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?.1.3 機(jī)理與經(jīng)驗(yàn)的組合建模2.2 工業(yè)過(guò)程動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2.2.1 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的作用和要求2.2.2 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的類型2.2.3 建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的途徑2.2.4 工業(yè)過(guò)程動(dòng)態(tài)機(jī)理模型2.2.5 過(guò)程辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)2.2.6 典型過(guò)程動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型習(xí)題及思考題第3章 控制器的控制規(guī)律3.1 雙位控制3.2 比例控制3.3 積分控制及比例積分控制3.3.1 積分控制3.3.2 比例積分控制3.3.3 積分飽和3.4 微分控制及比例微分控制3.4.1 微分控制3.4.2 比例微分控制3.5 比例積分微分控制3.6 離散比例積分微分控制3.6.1 離散比例積分微分控制算法3.6.2 離散比例積分微分控制算法的特點(diǎn)3.6.3 離散比例積分微分控制算法的改進(jìn)習(xí)題及思考題第4章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)4.1 控制系統(tǒng)的組成4.2 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述4.2.2 被控變量與操縱變量的選擇4.2.3 檢測(cè)變送環(huán)節(jié)選擇4.2.4 執(zhí)行器（氣動(dòng)薄膜控制閥）的選擇4.2.5 控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇4.3 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定4.3.1 控制器的參數(shù)整定若干原則4.3.2 控制器參數(shù)的工程整定法4.4 控制系統(tǒng)的投運(yùn)4.4.1 投運(yùn)前的準(zhǔn)備工作4.4.2 投運(yùn)過(guò)程4.5 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例4.5.1 控制方案設(shè)計(jì)4.5.2 檢測(cè)控制儀表的選用習(xí)題及思考題第5章 常用復(fù)雜控制系統(tǒng)5.1 串級(jí)控制系統(tǒng)5.1.1 串級(jí)控制系統(tǒng)的基本原理5.1.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)5.1.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1.4 串級(jí)控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定5.1.5 串級(jí)控制系統(tǒng)的變型5.1.6 串級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例5.2 比值控制系統(tǒng)5.2.1 比值控制系統(tǒng)的基本原理和主要結(jié)構(gòu)形式5.2.2 比值系數(shù)的計(jì)算5.2.3 比值控制系統(tǒng)工程應(yīng)用中的問(wèn)題5.2.4 比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運(yùn)5.2.5 比值控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例5.3 均勻控制系統(tǒng)5.3.1 均勻控制系統(tǒng)的基本原理和主要結(jié)構(gòu)形式5.3.2 均勻控制系統(tǒng)控制規(guī)律的選擇及參數(shù)整定5.4 前饋控制系統(tǒng)5.4.1 前饋控制系統(tǒng)的基本原理5.4.2 前饋控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式5.4.3 前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及工程實(shí)施中若干問(wèn)題5.4.4 前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例5.5 選擇性控制系統(tǒng)5.5.1 選擇性控制系統(tǒng)的基本原理和主要結(jié)構(gòu)形式5.5.2 選擇性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的問(wèn)題5.5.3 選擇性控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例5.6 分程控制系統(tǒng)5.6.1 不同工況需要不同的控制手段5.6.2 擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍5.7 雙重控制系統(tǒng)5.7.1 雙重控制系統(tǒng)的基本原理和主要結(jié)構(gòu)形式5.7.2 雙重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的問(wèn)題5.7.3 雙重控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例5.8 差拍控制系統(tǒng)5.8.1 差拍控制系統(tǒng)的基本原理5.8.2 達(dá)林控制算法5.8.曼V.E.控制算法習(xí)題及思考題第6章 進(jìn)控制技術(shù)6.1 基于模型的預(yù)測(cè)控制6.1.1 預(yù)測(cè)控制的基本原理6.1.2 預(yù)測(cè)控制算法6.1.3 預(yù)測(cè)控制軟件包的發(fā)展6.1.4 預(yù)測(cè)控制的工業(yè)應(yīng)用6.2 推斷控制6.3 軟測(cè)量技術(shù)6.3.1 軟測(cè)量技術(shù)的基本原理6.3.2 軟測(cè)量技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例6.4 純滯后補(bǔ)償控制6.5 解耦控制6.5.1 系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)分析6.5.2 相對(duì)增益6.5.3 減少與解除耦合途徑6.5.4 串接解耦控制6.5.5 解耦控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例6.6 自適應(yīng)控制6.6.1 簡(jiǎn)單自適應(yīng)控制系統(tǒng)6.6.2 模型參考型自適應(yīng)控制系統(tǒng)6.6.3 自校正控制系統(tǒng)6.7 智能控制6.7.1 專家系統(tǒng)6.7.2 模糊控制6.7.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制6.8 綜合自動(dòng)化6.8.1 綜合自動(dòng)化的意義6.8.2 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)6.8.3 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成習(xí)題及思考題第7章 型過(guò)程單元控制7.1 流體輸送設(shè)備的控制7.1.1 泵的控制7.1.2 變頻調(diào)速器的應(yīng)用7.1.3 壓縮機(jī)的控制7.1.4 離心式壓縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)7.2 傳熱設(shè)備的控制7.2.1 傳熱設(shè)備的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型7.2.2 一般傳熱設(shè)備的控制7.2.3 傳熱設(shè)備的熱焓與熱量控制方案7.3 蒸發(fā)器的控制7.3.1 蒸發(fā)器的特性7.3.2 蒸發(fā)器的主控制回路7.3.3 蒸發(fā)器的輔助控制回路7.4 管式加熱爐的控制7.4.1 加熱爐的簡(jiǎn)單控制7.4.2 加熱爐的串級(jí)控制系統(tǒng)7.4.3 加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)7.4.4 加熱爐的熱效率控制7.5 工業(yè)窯爐的控制7.5.1 玻璃窯爐的控制7.5.2 燃燒式工業(yè)窯爐的控制7.5.3 水泥窯爐的控制7.6 精餾塔的控制7.6.1 精餾塔的控制要求7.6.2 精餾塔的擾動(dòng)分析7.6.3 精餾塔的特性7.6.4 精餾塔被控變量的選擇7.6.5 精餾塔的控制方案7.6.6 精餾塔的先進(jìn)控制7.6.7 精餾塔的節(jié)能控制7.6.8 精餾塔的優(yōu)化7.7 化學(xué)反應(yīng)器的控制7.7.1 化學(xué)反應(yīng)器的控制要求7.7.2 化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性7.7.3 化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略7.7.4 化學(xué)反應(yīng)器的基本控制方案習(xí)題及思考題第8章 典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制8.1 常減壓蒸餾過(guò)程的控制8.1.1 常減壓蒸餾過(guò)程的控制要求和目標(biāo)8.1.2 減壓精餾塔智能多變量控制系統(tǒng)8.2 催化裂化過(guò)程的控制8.2.1 催化裂化過(guò)程反應(yīng).再生系統(tǒng)的控制8.2.2 裂解氣分餾塔的控制8.2.3 吸收一穩(wěn)定系統(tǒng)的控制8.2.4 反應(yīng)一再生專家系統(tǒng)8.3 乙烯生產(chǎn)過(guò)程的控制8.3.1 裂解過(guò)程的控制8.3.2 乙烯精餾塔控制8.3.3 乙炔加氫反應(yīng)器控制8.4 聚合過(guò)程的控制8.4.1 聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（聚酯）生產(chǎn)過(guò)程的控制8.4.2 聚氯乙烯生產(chǎn)過(guò)程的控制8.4.3 聚乙烯生產(chǎn)過(guò)程的控制8.5 生化過(guò)程的控制8.5.1 常用生化過(guò)程的控制8.5.2 啤酒發(fā)酵過(guò)程的控制8.5.3 典型生化過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制8.6 制漿造紙過(guò)程的控制和硫酸鹽法制漿過(guò)程的控制8.6.1 制漿造紙過(guò)程的控制8.6.2 硫酸鹽法制漿過(guò)程的控制8.7 冶金過(guò)程的控制8.7.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程的控制8.7.2 氧化轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程的控制8.7.3 初軋生產(chǎn)過(guò)程的控制8.8 電力過(guò)程的控制8.8.1 鍋爐設(shè)備的控制8.8.2 電站鍋爐和發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)控制8.9 化肥生產(chǎn)過(guò)程的控制8.9.1 合成氨生產(chǎn)過(guò)程的控制8.9.2 尿素生產(chǎn)過(guò)程的控制習(xí)題及思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　緒論1.1　控制理論與過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)40年代開(kāi)始形成的控制理論被稱為“20世紀(jì)上半葉三大偉績(jī)之一”，在人類社會(huì)的各個(gè)方面有著深遠(yuǎn)的影響?？刂评碚撆c其他任何學(xué)科一樣，源于社會(huì)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)踐。在自動(dòng)化的發(fā)展中，有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：第一，任務(wù)的需要、理論的開(kāi)拓與技術(shù)手段的進(jìn)展三者相互推動(dòng)、相互促進(jìn)，顯示了一幅交錯(cuò)復(fù)雜，但又輪廓分明的畫(huà)卷，三者間表現(xiàn)出清晰的同步性；第二，自動(dòng)化技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，控制論更是一門廣義的學(xué)科，在自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域，移植和借鑒起了交流匯合的作用。自動(dòng)化技術(shù)的前驅(qū)，可以追溯到我國(guó)古代，如指南車的出現(xiàn)。至于工業(yè)上的應(yīng)用，一般以瓦特的蒸汽機(jī)調(diào)速器作為正式起點(diǎn)。工業(yè)自動(dòng)化的萌芽是與工業(yè)革命同時(shí)開(kāi)始的。這時(shí)候的自動(dòng)化裝置是機(jī)械式的，而且是自力型的。隨著電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)這些動(dòng)力源的應(yīng)用，電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)的控制裝置開(kāi)創(chuàng)了新的控制手段。到第二次世界大戰(zhàn)前后，控制理論有了很大發(fā)展。電信事業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致了Nyquist頻率域分析技術(shù)和穩(wěn)定判據(jù)的產(chǎn)生（1932年）。Bode的進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)了易于實(shí)際應(yīng)用的Bode圖（1945年）。1948年，Evans提出了一種易于工程應(yīng)用的求解閉環(huán)特征方程根的簡(jiǎn)單圖解方法——根軌跡法。至此，自動(dòng)控制技術(shù)開(kāi)始形成一套完整的，以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的，在頻率域?qū)屋斎雴屋敵隹刂葡到y(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的理論，這就是今天所謂的經(jīng)典控制理論。經(jīng)典控制理論最輝煌的成果之一要首推比例積分微分（PID）控制規(guī)律。PID控制原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)無(wú)時(shí)間延遲的單回路控制系統(tǒng)極為有效，直到目前為止，在工業(yè)過(guò)程控制中有80％-90％的系統(tǒng)還使用PID控制規(guī)律。經(jīng)典控制理論最主要的特點(diǎn)是：線性定常對(duì)象，單輸入單輸出，完成鎮(zhèn)定任務(wù)。復(fù)雜大型化生產(chǎn)過(guò)程對(duì)控制提出了更高要求，經(jīng)典控制理論已不能滿足要求，從而促使了現(xiàn)代控制理論的發(fā)展。

編輯推薦

《過(guò)程控制系統(tǒng)》可作為大學(xué)過(guò)程控制系統(tǒng)課程的教材或參考書(shū)，也可供從事過(guò)程控制的工程技術(shù)人員或有關(guān)專業(yè)的高校師生閱讀使用，還可供需要了解過(guò)程控制系統(tǒng)的自動(dòng)化工作者參考。

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