過程控制與集散系統(tǒng)

前言

本書為國家精品課程“過程控制與集散系統(tǒng)”教材。本書是在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上形成的，系統(tǒng)地介紹了有關(guān)過程控制的理論與技術(shù)。本書從基本概念出發(fā)，深入淺出地闡述了過程控制系統(tǒng)的本質(zhì)與特點(diǎn)，同時(shí)配合大量的應(yīng)用實(shí)例，力圖使學(xué)生掌握過程控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化的基本原理和方法。本書具有如下特點(diǎn)：體系結(jié)構(gòu)完整，時(shí)代感強(qiáng)  既包含對過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原理和方法的說明，也包含對復(fù)雜過程控制系統(tǒng)、先進(jìn)過程控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)的介紹，及時(shí)反映了過程控制技術(shù)的新近發(fā)展。繁簡適中，可讀性強(qiáng)  全書圖文并茂，通俗易懂，實(shí)例和習(xí)題豐富，便于讀者對相關(guān)內(nèi)容的理解與掌握。各章自成體系又融會(huì)貫通，也方便讀者有選擇性地學(xué)習(xí)。特別是將PID調(diào)節(jié)、模糊控制和預(yù)測控制單獨(dú)成章，它們分別被作為基本過程控制、智能控制和先進(jìn)過程控制的代表予以介紹，使本書既有廣度，又有一定的理論深度，便于讀者對相關(guān)過程控制方法的深入了解。工程實(shí)例特色明顯  針對過程控制實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，本教材在講解中附有大量應(yīng)用實(shí)例，這些實(shí)例涵蓋化工、冶金、電力等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，有些實(shí)例來源于編者主持的實(shí)際過程控制項(xiàng)目，較好地做到了理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合。內(nèi)容豐富，適用面廣  能適應(yīng)不同層次、不同類型院校的要求。既適應(yīng)本科生、高職高專學(xué)生教學(xué)的要求，也可以滿足研究生教學(xué)的需要；既可適應(yīng)普通高等院校教學(xué)的需求，也可滿足具有冶金行業(yè)特色背景的特殊高等院校教學(xué)的要求。全書共分12章。第1章介紹過程控制系統(tǒng)的任務(wù)、目標(biāo)與發(fā)展；第2章介紹過程控制系統(tǒng)建模方法；第3章介紹過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第4, 5, 6, 7章分別介紹PID控制、串級(jí)控制、特殊控制以及補(bǔ)償控制系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)方法；第8章介紹關(guān)聯(lián)分析與解耦控制；第9, 10, 11章介紹已經(jīng)用于實(shí)際工業(yè)過程的先進(jìn)控制方法，其中以模糊控制和預(yù)測控制為重點(diǎn)，使學(xué)生能較為深入地掌握這兩種控制策略；集散系統(tǒng)(DCS)主要用于過程控制，因此第12章介紹集散控制系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)方法，力圖使學(xué)生對DCS有較全面的了解。

內(nèi)容概要

本書為國家精品課程“過程控制與集散系統(tǒng)”主教材。本書是在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上形成的，系統(tǒng)地介紹了有關(guān)過程控制的理論與技術(shù)。全書共分12章，包括概述、過程控制建模方法、過程控制基本系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PID調(diào)節(jié)原理、串級(jí)控制、特殊控制方法、補(bǔ)償控制、關(guān)聯(lián)分析及解耦控制、模糊控制、預(yù)測控制、先進(jìn)過程控制方法和集散控制系統(tǒng)。    本書從基本概念出發(fā)，深入淺出地闡述了過程控制系統(tǒng)的本質(zhì)與特點(diǎn)，同時(shí)配合大量的應(yīng)用實(shí)例，力圖使學(xué)生掌握過程控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化的基本原理和方法。為了方便教師教學(xué)，本書配有免費(fèi)電子教學(xué)課件。    本書可作為普通高等學(xué)校自動(dòng)化類專業(yè)本科及研究生“過程控制系統(tǒng)”課程的教材和教學(xué)參考書，也可作為有關(guān)工程技術(shù)人員的自學(xué)教材和參考資料。

作者簡介

方康玲，女，1945年生，武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)智能自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)委員、中國人工智能學(xué)會(huì)智能控制與智能管理專業(yè)委員會(huì)委員、湖北省自動(dòng)化學(xué)會(huì)副理事長。長期從事過程控制、智能信息處理以及相關(guān)信息技術(shù)研究。主持和參與完成科研項(xiàng)目40多項(xiàng)，包括國家科技攻關(guān)項(xiàng)目1項(xiàng)、863項(xiàng)目1項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)，省級(jí)基金項(xiàng)目7項(xiàng)，獲省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)4項(xiàng)。在國內(nèi)外主要期刊和會(huì)議上公開發(fā)表論文60余篇，其中被三大檢索SCI、EI和ISTP檢索20多篇。

書籍目錄

第1章　概述  1.1　過程控制的任務(wù)  1.2　過程控制系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)    1.2.1　過程控制系統(tǒng)組成    1.2.2　過程控制系統(tǒng)特點(diǎn)  1.3　過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)  1.4　過程控制的進(jìn)展    1.4.1　過程控制裝置進(jìn)展    1.4.2　過程控制策略與算法的進(jìn)展  本章小結(jié)  習(xí)題第2章　過程控制系統(tǒng)建模方法  2.1　過程控制系統(tǒng)建模概念    2.1.1　建模概念    2.1.2　過程控制系統(tǒng)建模的兩種基本方法  2.2　機(jī)理建模方法    2.2.1　單容對象的傳遞函數(shù)    2.2.2　具有純延遲的單容對象特性    2.2.3　無自平衡能力的單容對象特性    2.2.4　多容對象的動(dòng)態(tài)特性  2.3　測試建模方法    2.3.1　對象特性的實(shí)驗(yàn)測定方法    2.3.2　測定動(dòng)態(tài)特性的時(shí)域法    2.3.3　測定動(dòng)態(tài)特性的頻域法    2.3.4　測定動(dòng)態(tài)特性的統(tǒng)計(jì)相關(guān)法    2.3.5　最小二乘法  本章小結(jié)  習(xí)題第3章　過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  3.1　過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟  3.2　確定控制變量與控制方案    3.2.1　確定控制目標(biāo)    3.2.2　確定控制方案　3.3　過程控制系統(tǒng)硬件選擇    3.3.1　控制裝置    3.3.2　測量儀表和傳感器的選型原則  　3.4　節(jié)流元件計(jì)算    3.4.1　流量計(jì)算有關(guān)的基本概念    3.4.2　流量計(jì)類型    3.4.3　節(jié)流元件　3.5　調(diào)節(jié)閥選擇    3.5.1　調(diào)節(jié)閥計(jì)算基礎(chǔ)    3.5.2　調(diào)節(jié)閥的流量特性    3.5.3　調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算  　3.6　計(jì)算舉例    3.6.1　角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)算    3.6.2　蝶閥計(jì)算　本章小結(jié)　習(xí)題第4章　PID調(diào)節(jié)原理  4.1　PID控制概述  4.2　比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)）    4.2.1  比例調(diào)節(jié)的動(dòng)作規(guī)律和比例帶      4.2.2  比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)——有差調(diào)節(jié)      4.2.3  比例帶對于調(diào)節(jié)過程的影響  4.3　積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié)）    4.3.1　積分調(diào)節(jié)規(guī)律和積分速度    4.3.2　積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)——無差調(diào)節(jié)      4.3.3　積分速度對于調(diào)節(jié)過程的影響    4.4　微分調(diào)節(jié)（D調(diào)節(jié)）  4.5  比例積分微分調(diào)節(jié)（PID調(diào)節(jié)）    4.5.1　比例積分（PI）調(diào)節(jié)    4.5.2　比例微分（PD）調(diào)節(jié)    4.5.3  比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律及其基本特征  4.6　數(shù)字PID控制    4.6.1　數(shù)字PID控制算法    4.6.2　改進(jìn)的數(shù)字PID算法  4.7　PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)工程整定    4.7.1  PID參數(shù)整定的基本原則    4.7.2  PID參數(shù)的工程整定方法    4.7.3  PID參數(shù)的自整定方法    4.7.4　數(shù)字PID參數(shù)的整定　……第5章　串級(jí)控制第6章　特殊控制方法第7章　補(bǔ)償控制第8章　關(guān)聯(lián)分析與解耦控制第9章　模糊控制第10章　預(yù)測控制第11章　先進(jìn)控制第12章　集散控制系統(tǒng)附錄　DCS課程設(shè)計(jì)任務(wù)書參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

2．過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）被控過程的多樣性過程工業(yè)涉及各種工業(yè)部門，其物料加工成的產(chǎn)品是多樣的。同時(shí)，生產(chǎn)工藝各不相同，如石油化工過程、冶金工業(yè)中的冶煉過程、核工業(yè)中的動(dòng)力核反應(yīng)過程等，這些過程的機(jī)理不同，甚至執(zhí)行機(jī)構(gòu)也不同：因此，過程控制系統(tǒng)中的被控對象（包括被控量）是多樣的，明顯地區(qū)別于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。（2）控制方案的多樣性過程工業(yè)的特點(diǎn)以及被控過程的多樣性，決定了過程控制系統(tǒng)的控制方案必然是多樣的？這種多樣性包含系統(tǒng)硬件組成和控制算法以及軟件設(shè)計(jì)。觀察圖1．1所示過程控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和圖1．2所示過程控制系統(tǒng)的舉例，早期的控制器是模擬調(diào)節(jié)儀表，如果將控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（比如調(diào)節(jié)閥）和檢測與變送儀表統(tǒng)稱為過程檢測控制儀表，則一個(gè)簡單的過程控制系統(tǒng)由被控過程和過程檢測控制儀表兩部分組成，也稱之為儀表過程控制系統(tǒng)、隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)過程越來越復(fù)雜，對過程控制的要求也越來越高，傳統(tǒng)的模擬式過程檢測控制儀表已經(jīng)不能滿足控制要求，因此需要用計(jì)算機(jī)作為控制器組成計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)。從控制方法的角度看，有單變量過程控制系統(tǒng)，也有多變量過程控制系統(tǒng)。同時(shí)，控制算法多種多樣，有PID控制、復(fù)雜控制，也有包括智能控制的先進(jìn)控制方法等。（3）被控過程屬慢過程且多屬參數(shù)控制連續(xù)工業(yè)過程大慣性和大滯后的特點(diǎn)決定了被控過程為慢過程。被控過程是物流變化的過程，伴隨物流變化的信息（物性、成分、溫度、壓力、流量、液位或物位）為表征被控過程狀態(tài)的參數(shù)，也是過程控制系統(tǒng)的被控量。

編輯推薦

《過程控制與集散系統(tǒng)》由電子工業(yè)出版社出版。

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