過程控制系統(tǒng)

內容概要

　　本書經過3屆學生的使用，廣泛吸取了學生的建議和意見。這次修訂，根據教學大綱和教學改革的要求，將其內容進行改錯、修改、修訂和整合，對第4章的內容進行了較大修改，使其內容更新穎，實用性更強。本書全面論述了過程控制系統(tǒng)的要求、組成、性能指標和發(fā)展方向；數(shù)學模型的一般表示形式和建模方法；簡單控制系統(tǒng)的結構、特點、分析和設計等；常用的復雜控制系統(tǒng)的結構、分析、設計和實施等；多變量解耦控制系統(tǒng)的分析和解耦設計方法；以及計算機系統(tǒng)和先進控制策略的介紹。

書籍目錄

目 錄
第1章 概述
1.1 過程控制的要求與任務
1.2 過程控制系統(tǒng)的組成與特點
1.2.1 過程控制系統(tǒng)的組成
1.2.2 過程控制系統(tǒng)的特點
1.3 過程控制系統(tǒng)的性能指標
1.3.1 單項性能指標
1.3.2 綜合性能指標
1.4 過程控制系統(tǒng)的設計
1.4.1 確定系統(tǒng)變量
1.4.2 確定控制方案
1.4.3 過程控制系統(tǒng)硬件選擇
1.4.4 設計安全保護系統(tǒng)
1.4.5 系統(tǒng)調試和投運
1.5 過程控制的發(fā)展與趨勢
1.5.1 過程控制裝置的進展
1.5.2 過程控制策略的進展
本章小結
習題
第2章 被控過程的數(shù)學模型
2.1 過程模型概述
2.1.1 被控過程的動態(tài)特性
2.1.2 數(shù)學模型的表達形式與要求
2.1.3 建立過程數(shù)學模型的基本方法
2.2 機理法建模
2.2.1 單容對象的傳遞函數(shù)
2.2.2 多容對象的傳遞函數(shù)
2.3 測試法建模
2.3.1 對象特性的實驗測定方法
2.3.2 測定動態(tài)特性的時域法
2.3.3 測定動態(tài)特性的頻域法
2.4 利用MATLAB建立過程模型
本章小結
習題
第3章 執(zhí)行器
3.1 氣動調節(jié)閥的結構
3.1.1 氣動執(zhí)行機構
3.1.2 閥
3.1.3 閥門定位器
3.2 調節(jié)閥的流量系數(shù)
3.2.1 調節(jié)閥的流量方程
3.2.2 流量系數(shù)的定義
3.2.3 流量系數(shù)計算
3.3 調節(jié)閥結構特性和流量特性
3.3.1 調節(jié)閥的結構特性
3.3.2 調節(jié)閥的流量特性
3.3.3 調節(jié)閥的可調比
3.4 氣動調節(jié)閥的選型
3.4.1 調節(jié)閥結構形式的選擇
3.4.2 調節(jié)閥氣開與氣關形式的選擇
3.4.3 調節(jié)閥流量特性的選擇
3.4.4 調節(jié)閥口徑的確定
3.5 利用MATLAB確定調節(jié)閥的口徑
本章小結
習題
第4章 PID控制原理
4.1 PID控制的特點
4.2 比例控制（P控制）
4.2.1 比例控制的調節(jié)規(guī)律和比例帶
4.2.2 比例控制的特點
4.2.3 比例帶對控制過程的影響
4.3 比例積分控制（PI控制）
4.3.1 積分控制的調節(jié)規(guī)律
4.3.2 比例積分控制的調節(jié)規(guī)律
4.3.3 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施
4.4 比例積分微分控制（PID控制）
4.4.1 微分控制的調節(jié)規(guī)律
4.4.2 比例微分控制的調節(jié)規(guī)律
4.4.3 比例微分控制的特點
4.4.4 比例積分微分控制的調節(jié)規(guī)律
4.5 數(shù)字PID控制
4.5.1 基本的數(shù)字PID控制算法
4.5.2 改進的數(shù)字PID控制算法
4.6 利用MATLAB實現(xiàn)PID控制規(guī)律
本章小結
習題
第5章 簡單控制系統(tǒng)
5.1 簡單控制系統(tǒng)的分析
5.1.1 控制系統(tǒng)的工作過程
5.1.2 簡單控制系統(tǒng)的組成
5.1.3 簡單離散控制系統(tǒng)的組成
5.2 簡單控制系統(tǒng)的設計
5.2.1 被控變量和操作變量的選擇
5.2.2 檢測變送儀表的選擇
5.2.3 控制器的選型
5.3 簡單控制系統(tǒng)的整定
5.3.1 控制器參數(shù)整定的基本要求
5.3.2 PID控制器參數(shù)的工程整定
5.3.3 PID控制器參數(shù)的自整定
5.4 簡單控制系統(tǒng)的投運
5.5 簡單控制系統(tǒng)的故障與處理
5.6 利用MATLAB對簡單控制系統(tǒng)進行仿真
5.6.1 利用MATLAB對PID控制器參數(shù)進行整定
5.6.2 利用Simulink對PID控制器參數(shù)進行自整定
本章小結
習題
第6章 串級控制系統(tǒng)
6.1 串級控制系統(tǒng)的基本概念
6.1.1 串級控制的提出
6.1.2 串級控制系統(tǒng)的組成
6.1.3 串級控制系統(tǒng)的工作過程
6.2 串級控制系統(tǒng)的分析
6.2.1 增強系統(tǒng)的抗干擾能力
6.2.2 改善對象的動態(tài)特性
6.2.3 對負荷變化有一定的自適應能力
6.3 串級控制系統(tǒng)的設計
6.3.1 副回路的選擇
6.3.2 主、副回路工作頻率的選擇
6.3.3 主、副控制器的選型
6.4 串級控制系統(tǒng)的整定
6.4.1 逐步逼近法
6.4.2 兩步整定法
6.4.3 一步整定法
6.5 串級控制系統(tǒng)的投運
6.6 利用MATLAB對串級控制系統(tǒng)進行仿真
本章小結
習題
第7章 補償控制系統(tǒng)
7.1 補償控制的原理
7.2 前饋控制系統(tǒng)
7.2.1 前饋控制的概念
7.2.2 前饋控制系統(tǒng)的結構
7.2.3 前饋控制系統(tǒng)的設計
7.2.4 前饋控制系統(tǒng)的整定
7.3 大遲延控制系統(tǒng)
7.3.1 大遲延系統(tǒng)的概述
7.3.2 大遲延控制系統(tǒng)的設計
7.4 利用MATLAB對補償控制系統(tǒng)進行仿真
本章小結
習題
第8章 特殊控制系統(tǒng)
8.1 比值控制系統(tǒng)
8.1.1 比值控制的概念
8.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型
8.1.3 比值控制系統(tǒng)的設計
8.1.4 控制器的選型和整定
8.2 均勻控制系統(tǒng)
8.2.1 均勻控制的概念
8.2.2 均勻控制系統(tǒng)的設計
8.2.3 均勻控制系統(tǒng)的整定
8.3 分程控制系統(tǒng)
8.3.1 分程控制的概念
8.3.2 分程控制系統(tǒng)的應用
8.3.3 分程控制系統(tǒng)的實施
8.4 自動選擇性控制系統(tǒng)
8.4.1 自動選擇性控制的概念
8.4.2 自動選擇性控制系統(tǒng)的類型
8.4.3 控制器的選型和整定
8.5 利用MATLAB對特殊控制系統(tǒng)進行仿真
本章小結
習題
第9章 解耦控制系統(tǒng)
9.1 解耦控制的基本概念
9.1.1 控制回路間的耦合
9.1.2 被控對象的典型耦合結構
9.2 解耦控制系統(tǒng)的分析
9.2.1 耦合程度的分析
9.2.2 相對增益分析法
9.2.3 減少及消除耦合的方法
9.3 解耦控制系統(tǒng)的設計
9.3.1 前饋補償解耦法
9.3.2 反饋解耦法
9.3.3 對角陣解耦法
9.3.4 單位陣解耦法
9.4 解耦控制系統(tǒng)的實施
9.4.1 解耦控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性
9.4.2 多變量控制系統(tǒng)的部分解耦
9.4.3 解耦控制系統(tǒng)的簡化
9.5 利用MATLAB對解耦控制系統(tǒng)進行仿真
本章小結
習題
第10章 計算機過程控制系統(tǒng)
10.1 計算機過程控制系統(tǒng)簡介
10.2 計算機過程控制系統(tǒng)的組成
10.3 計算機過程控制系統(tǒng)的類型
10.4 先進過程控制方法
本章小結
習題
附錄A 儀表位號
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   由這個判別式也可看出，當主測量變送器為正環(huán)節(jié)時，主控制器的作用方向與主對象的特性相反。即當主對象為正作用時，主控制器選反作用；而當主對象為負作用時，主控制器選正作用。 在串級系統(tǒng)的設計和實施中，除了上述討論的幾個問題外，還有一點在實施中要特別注意。即在控制器正、反作用選擇時，應當考慮有些生產過程要求控制系統(tǒng)既可以進行串級控制又可以僅由主控制器進行單獨控制，此時主控制器的輸出信號直接作用到調節(jié)閥的輸入端，即調節(jié)閥直接由主控制器控制，副控制器對調節(jié)閥不起作用，它等價于方框圖中的副回路反饋信號斷開，副控制器運算部分的增益為1。在這兩種方式進行切換時，有可能要改變主控制器的作用方向。如果副控制器是反作用，則主控制器在串級控制和單獨控制時的作用方向一致，無須改變。反之，若副控制器是正作用，則主控制器在兩種不同控制方式下作用方向不同，切換時主控制器的作用方式必須改變。這是因為，在假定副測量變送裝置的增益為正的情況下，當副控制器為正作用時，調節(jié)閥和副對象的增益之積一定為負。 3.防止控制器積分飽和的措施 對于具有積分作用的控制器，當系統(tǒng)長時間存在偏差而不能消除時，控制器將出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。這一現(xiàn)象將造成系統(tǒng)控制品質下降甚至失控。在串級控制系統(tǒng)中，如果副控制器只是P作用，而主控制器是PI或PID控制時，出現(xiàn)積分飽和的條件與簡單控制系統(tǒng)相同，利用外部積分反饋法，只要在主控制器的反饋回路中加一個間歇單元就可以有效地防止積分飽和。 但是如果主、副控制器均具有積分作用，就存在兩個控制器輸出分別達到極限值的可能，此時，積分飽和的情況顯然比簡單控制系統(tǒng)要嚴重得多。雖然利用間歇單元可以防止副控制器的積分飽和，但對主控制器卻無所助益。如果由于其他原因，副控制器不能對主控制器的輸出變化做出響應，主控制器將會出現(xiàn)積分飽和。

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《21世紀高等學校本科電子電氣專業(yè)系列實用教材:過程控制系統(tǒng)(第2版)》全面地論述了過程控制系統(tǒng)的相關知識，《21世紀高等學校本科電子電氣專業(yè)系列實用教材:過程控制系統(tǒng)(第2版)》可作為高等院校自動化和信息類其他專業(yè)研究生和高年級本科生的教材，也可作為從事自動控制研究、設計和應用的科學技術人員的參考用書。

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