過程控制原理與工程

前言

本書是為深入貫徹落實(shí)教育部《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》（教高【2006】16號(hào)）文件精神，適應(yīng)當(dāng)前高等職業(yè)教育，大力推行工學(xué)結(jié)合，突出實(shí)踐能力培養(yǎng)，改革人才培養(yǎng)模式的教學(xué)改革需求，按照高職高專院校生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格和課程體系改革與建設(shè)的基本要求編寫的。本書將控制理論與控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容整合在一起，打破了教材的傳統(tǒng)體系。教材內(nèi)容選擇合理，符合高職高專學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)和認(rèn)識(shí)規(guī)律，突出了知識(shí)的“實(shí)用性、實(shí)際性和實(shí)踐性”原則。尤其是在控制理論部分，力爭(zhēng)減少繁雜的理論推導(dǎo)過程，貫徹“重概念、重結(jié)論、重應(yīng)用”的指導(dǎo)思想。本書集教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性與廣泛性為一體，在過程控制工程部分密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，引入工廠實(shí)際案例，以典型生產(chǎn)過程控制案例入手，提出并解決問題。書中除了介紹控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法、控制系統(tǒng)實(shí)施與應(yīng)用的知識(shí)，同時(shí)還介紹了控制系統(tǒng)的故障分析與處理方法，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題的能力。體現(xiàn)了職業(yè)教育的特色，可以滿足培養(yǎng)高技能人才的需要。本書是各位編者在多年的教學(xué)實(shí)踐、科研和參與工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上編寫的。全書共分兩篇7章，第一篇為過程控制原理（第1章一第4章），第二篇為過程控制工程（第5章一第7章），這部分為本書的重點(diǎn)內(nèi)容。在各章后有本章小結(jié)及思考題與習(xí)題，可供讀者參考、練習(xí)。本書由于輝任主編，并編寫第5章和第6章；韓睿群任副主編，并編寫第1章、第2章和第3章；王穎編寫第4章；董會(huì)英編寫第7章。在編寫過程中參閱了許多專家、學(xué)者的著作，在此向他們表示衷心的感謝。同時(shí)在編寫過程中，還得到了華北電力大學(xué)鄧英教授、遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院劉巨良、王琦教授的大力幫助與支持，在此也向他們表示衷心的感謝。本書由沈陽(yáng)化工學(xué)院王剛教授擔(dān)任主審。由于編者水平有限，書中的錯(cuò)誤及疏漏之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。殷切希望得到讀者的寶貴意見與建議。

內(nèi)容概要

本書共分兩篇7章。第一篇為過程控制原理(第1章～第4章)，主要闡述了過程控制的基本原理、基本概念，過程控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，過程控制系統(tǒng)的時(shí)域和頻率分析法；第二篇為過程控制工程(第5章～第7章)，詳細(xì)介紹了簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法，控制系統(tǒng)實(shí)施、控制系統(tǒng)故障分析與排除、控制系統(tǒng)投運(yùn)等知識(shí)；比較全面地介紹了復(fù)雜控制系統(tǒng)的構(gòu)成方法與應(yīng)用。以常規(guī)過程控制系統(tǒng)為主體，結(jié)合煉油、化工、熱電、輕工等工業(yè)過程中的典型操作單元，從控制過程的特性、基本控制方案等方面作了簡(jiǎn)明的敘述。本書選材精煉，突出了知識(shí)的實(shí)用性、實(shí)際性和實(shí)踐性。編寫時(shí)力求循序漸進(jìn)、深入淺出、通俗易懂、便于自學(xué)。    本書可作為高職高專院校、成人教育學(xué)院生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及儀表等專業(yè)的教材用書，也可作為電氣、機(jī)電一體化、冶金、化工、制藥、輕工等相關(guān)專業(yè)的參考書，并可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言第一篇  過程控制原理　第1章  過程控制系統(tǒng)的基本概念  　1.1  引言　  1.2  過程控制系統(tǒng)的組成及框圖  　  1.2.1  過程控制系統(tǒng)的組成　    1.2.2  過程控制系統(tǒng)的框圖  　  1.2.3  過程控制系統(tǒng)的相關(guān)術(shù)語(yǔ)　  1.3  過程控制系統(tǒng)的分類  　  1.3.1  開環(huán)控制與閉環(huán)控制　    1.3.2  按設(shè)定值變化規(guī)律分類  　1.4  過程控制系統(tǒng)的性能要求    　1.4.1  過程控制系統(tǒng)的過渡過程　    1.4.2  過程控制系統(tǒng)的過渡過程的幾種形式  　  1.4.3  過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)　  本章小結(jié)  　思考題與習(xí)題　第2章  過程控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型  　2.1  建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型　  2.2　典 型化工對(duì)象(或環(huán)節(jié))數(shù)學(xué)模型的建立　    2.2.1  串聯(lián)液體儲(chǔ)槽  　  2.2.2  帶套管熱電偶　    2.2.3  氣動(dòng)薄膜控制閥  　2.3  拉氏變換、反變換及其應(yīng)用    　2.3.1  拉氏變換的概念　    2.3.2  拉氏變換的運(yùn)算定理  　  2.3.3  拉氏反變換　    2.3.4  拉氏變換及拉氏反變換的應(yīng)用  　2.4  傳遞函數(shù)    　2.4.1  傳遞函數(shù)的定義　    2.4.2  傳遞函數(shù)的一般表達(dá)式  　  2.4.3  傳遞函數(shù)的性質(zhì)　    2.4.4  典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)  　  2.4.5  過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換　  2.5  過程控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)  　  2.5.1  系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)　    2.5.2  系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)  　本章小結(jié)　  思考題與習(xí)題　第3章  過程控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法  　3.1  過程控制系統(tǒng)的響應(yīng)分析    　3.1.1  典型輸入信號(hào)　    3.1.2  過程控制系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)  　  3.1.3  一階過程控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分析    　3.1.4  二階過程控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分析　  3.2  過程控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析  　  3.2.1  系統(tǒng)的穩(wěn)定性    　3.2.2  勞斯穩(wěn)定判據(jù)　  3.3  常規(guī)控制規(guī)律及其對(duì)過程控制質(zhì)量的影響  　本章小結(jié)　  思考題與習(xí)題　第4章  過程控制系統(tǒng)的頻率分析法  　4.1  頻率特性    　4.1.1  頻率特性的基本概念　    4.1.2  頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系  　4.2  典型環(huán)節(jié)的博德圖    　4.2.1  博德圖的表示　    4.2.2  比例環(huán)節(jié)  　  4.2.3  積分環(huán)節(jié)　    4.2.4  微分環(huán)節(jié)  　  4.2.5  慣性環(huán)　    4.2.6  一階微分環(huán)節(jié)  　  4.2.7  振蕩環(huán)節(jié)　  4.3  控制系統(tǒng)開環(huán)博德圖的繪制  　  4.3.1  采用疊加方法繪制系統(tǒng)開環(huán)博德圖    　4.3.2  根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)　  4.4  對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)與穩(wěn)定裕量  　  4.4.1  對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)    　4.4.2  穩(wěn)定裕量　    4.4.3  過程控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的穩(wěn)定裕量法  　本章小結(jié)　  思考題與習(xí)題第二篇  過程控制工程　第5章  簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)　第6章  復(fù)雜控制系統(tǒng)　第7章  工業(yè)生產(chǎn)過程控制應(yīng)用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：除了按結(jié)構(gòu)對(duì)控制系統(tǒng)分類外，通常還按設(shè)定值對(duì)應(yīng)時(shí)間變化規(guī)律分類為：定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。1.定值控制系統(tǒng)所謂定值控制系統(tǒng)，是指這類控制系統(tǒng)的設(shè)定值是恒定不變的。如圖1一4b所示的蒸汽換熱器在工藝上要求熱流體的出口溫度按設(shè)定值保持不變，因而它是一個(gè)定值控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是克服擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，即在擾動(dòng)作用下仍能使被控變量保持在設(shè)定值或在允許范圍內(nèi)?；どa(chǎn)領(lǐng)域里的自動(dòng)控制系統(tǒng)，凡要求工藝條件不變的，都屬于這種范疇。2.隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)也稱為自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的設(shè)定值是一個(gè)未知的變化量。這類控制系統(tǒng)的主要任務(wù)，是使被控變量能夠盡快地、準(zhǔn)確無(wú)誤地跟蹤設(shè)定值的變化，而不考慮擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響。在化工生產(chǎn)中，有些比值控制系統(tǒng)就屬于此類。例如要求甲流體的流量和乙流體的流量保持一定的比值，當(dāng)乙流體的流量變化時(shí)，要求甲流體的流量能快速而準(zhǔn)確地隨之變化。由于乙流體的流量變化在生產(chǎn)中可能是隨機(jī)的，所以相當(dāng)于甲流體的流量設(shè)定值也是隨機(jī)的，故屬于隨機(jī)控制系統(tǒng)。航空中的導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)、電視臺(tái)的天線接收系統(tǒng)，也都是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。

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