過程控制

前言

　　“過程控制”是一門與工業(yè)生產(chǎn)過程聯(lián)系十分密切的課程。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速前進，過程控制也在日新月異地發(fā)展。它不僅在傳統(tǒng)工業(yè)改造中，起到了提高質(zhì)量，節(jié)約原材料和能源，減少環(huán)境污染等十分重要的作用，而且正在成為新建的規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的組成部分。　　“過程控制”是清華大學(xué)工業(yè)儀表及自動化專業(yè)多年來為大學(xué)高年級學(xué)生開設(shè)的一門主干課。本書是在歷年講稿，講義的基礎(chǔ)上經(jīng)多次修改完善而寫成的，其中包括了作者及本專業(yè)同事們在過程控制領(lǐng)域中的部分科研成果?！　”緯卜治迤?。第一篇簡單控制系統(tǒng)是由何鎮(zhèn)湖編寫的，它是過程控制最基本的內(nèi)容。第二篇復(fù)雜控制系統(tǒng)是由金以慧編寫的，這部分內(nèi)容是當(dāng)前生產(chǎn)中常用的復(fù)雜系統(tǒng)。第三篇過程計算機控制系統(tǒng)共兩章，分別由何鎮(zhèn)湖、金以慧編寫，主要討論了計算機在過程控制中的應(yīng)用。第四篇典型裝置的控制系統(tǒng)共兩章，分別由金以慧、徐博文編寫，這一篇主要是詳細(xì)解剖了大型火力發(fā)電站和精餾塔的控制系統(tǒng)，可以作為前三篇的一個總結(jié)。第五篇高等過程控制系統(tǒng)是由王桂增、金以慧、謝新民和王詩宓等編寫的，這一篇介紹了高等過程控制中的主要內(nèi)容，希望能達(dá)到開擴學(xué)生眼界，拓寬知識面的目的?！　”緯趯懽魃献⒁馍钊霚\出，講清基本概念，同時力求反映近年來過程控制的新發(fā)展。由于內(nèi)容較多，在講授本課時，可以按篇來組合，例如第五篇就可以單獨構(gòu)成“高等過程控制”課?！　”緯诰帉戇^程中，一直得到方崇智教授的指導(dǎo)和關(guān)心，并認(rèn)真審閱了全文，提出了詳細(xì)的修改意見，在此向他表示誠摯的感謝。由于作者水平有限，缺點和不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《〈信息、控制與系統(tǒng)〉系列教材：過程控制》是作者在清華大學(xué)工業(yè)儀表及自動化專業(yè)多年教學(xué)的總結(jié)，是在歷年所用講義的基礎(chǔ)上經(jīng)多次修改而寫成的，書中包括了作者及本專業(yè)同事們在過程控制領(lǐng)域中的部分科研成果。全書系統(tǒng)地闡述了簡單和復(fù)雜控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、設(shè)計、分析和評價，深入解剖了兩個典型生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的實例，力圖從整個生產(chǎn)過程的特點出發(fā)，對控制系統(tǒng)進行綜合設(shè)計和優(yōu)選。在此基礎(chǔ)上還介紹了幾種比較成熟的高等過程控制策略，并力求反映近年來過程控制的新發(fā)展?！　　丁葱畔?、控制與系統(tǒng)〉系列教材：過程控制》從數(shù)學(xué)和物理的基本概念著手，闡述過程控制問題的本質(zhì)和特點以及掌握系統(tǒng)設(shè)計和分析的基本方法。全書共分15章，每章均有思考題和習(xí)題?！　　丁葱畔?、控制與系統(tǒng)〉系列教材：過程控制》可作為高等院校自動控制類和相關(guān)專業(yè)的教材，并供有關(guān)科技人員參考。

書籍目錄

緒論一、生產(chǎn)過程自動化的發(fā)展概況和趨勢二、過程控制的任務(wù)和要求參考文獻(xiàn)第一篇 簡單控制系統(tǒng)第一章 生產(chǎn)過程的動態(tài)特性§1.1 過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)§1.2 被控對象的動態(tài)特性一、基本概念二、若干簡單被控對象的動態(tài)特性三、工業(yè)過程動態(tài)特性的特點§1.3 過程數(shù)學(xué)模型及其建立方法一、過程數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式與對模型的要求二、建立過程數(shù)學(xué)模型的兩個基本方法三、幾個常用的經(jīng)典辨識法第二章 比例積分微分控制及其調(diào)節(jié)過程§2.1 基本概念§2.2 比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)）一、比例調(diào)節(jié)的動作規(guī)律，比例帶二、比例調(diào)節(jié)的特點，有差調(diào)節(jié)三、比例帶對于調(diào)節(jié)過程的影響§2.3 積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié)）一、積分調(diào)節(jié)動作規(guī)律二、積分調(diào)節(jié)的特點，無差調(diào)節(jié)三、積分速度對調(diào)節(jié)過程的影響§2.4 比例積分調(diào)節(jié)（PI調(diào)節(jié)）一、比例積分調(diào)節(jié)的動作規(guī)律二、比例積分調(diào)節(jié)過程三、積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施§2.5 比例積分微分調(diào)節(jié)（PID調(diào)節(jié)）一、微分調(diào)節(jié)的特點二、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律三、比例微分調(diào)節(jié)的特點四、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律第三章 簡單控制系統(tǒng)的整定§3.1 控制系統(tǒng)整定的基本要求§3.2 衰減頻率特性法一、衰減頻率特性和穩(wěn)定度判據(jù)二、衰減頻率特性法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)§3.3 工程整定法一、動態(tài)特性參數(shù)法二、穩(wěn)定邊界法三、衰減曲線法§3.4 調(diào)節(jié)器參數(shù)的自整定一、極限環(huán)法二、模式識別法第四章 調(diào)節(jié)閥§4.1 氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)一、氣動執(zhí)行機構(gòu)二、閥三、閥門定位器§4.2 調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)一、流量系數(shù)的定義及其物理意義二、流量系數(shù)計算公式§4.3 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性一、調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性二、調(diào)節(jié)閥的流量特性§4.4 氣動調(diào)節(jié)閥選型一、調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的選擇二、調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇三、調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇四、調(diào)節(jié)閥口徑的確定第一篇小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第二篇 復(fù)雜控制系統(tǒng)第五章 串級控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)§5.1 串級控制系統(tǒng)的概念§5.2 串級控制系統(tǒng)的分析§5.3 串級控制系統(tǒng)設(shè)計和實施中的幾個問題一、副回路的設(shè)計二、主、副回路工作頻率的選擇三、防止調(diào)節(jié)器積分飽和的措施§5.4 調(diào)節(jié)器的選型和整定方法一、逐步逼近法二、兩步整定法§5.5 比值控制系統(tǒng)一、比值系數(shù)的計算二、比值系統(tǒng)中的非線性特性三、比值系統(tǒng)的整定四、常見比值控制系統(tǒng)第六章 利用補償原理提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)§6.1 概述§6.2 前饋控制系統(tǒng)一、基本概念二、靜態(tài)前饋控制三、動態(tài)前饋控制四、前饋反饋控制系統(tǒng)§6.3 大遲延系統(tǒng)一、概述二、采用補償原理克服大遲延的影響三、史密斯預(yù)估器的幾種改進方案§6.4 非線性增益補償系統(tǒng)一、概述二、對象靜態(tài)非線性特性的補償?shù)谄哒?解耦控制§7.1 相對增益一、相對增益的定義二、求取相對增益的方法三、相對增益矩陣特性§7.2 耦合系統(tǒng)中的變量匹配和調(diào)節(jié)參數(shù)整定一、變量之間的配對二、控制回路之間的耦合影響及其整定三、回路間動態(tài)耦合的影響§7.3 解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計一、前饋補償法二、對角矩陣法三、單位矩陣法§7.4 實現(xiàn)解耦控制系統(tǒng)的幾個問題一、解耦系統(tǒng)的穩(wěn)定性二、部分解耦三、解耦系統(tǒng)的簡化第二篇小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第三篇 過程計算機控制系統(tǒng)第八章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)§8.1 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的基本概念及其組成§8.2 信號采集、數(shù)字濾波及數(shù)據(jù)處理一、信號采集二、數(shù)字濾波三、數(shù)據(jù)處理§8.3 DDC的PID算式一、PID控制算式二、PID控制算式的改進§8.4 數(shù)字式PID調(diào)節(jié)參數(shù)的整定一、擴充臨界比例帶法二、擴充響應(yīng)曲線法§8.5 DDC應(yīng)用舉例一、啤酒發(fā)酵過程對控制的要求二、控制系統(tǒng)的組成三、系統(tǒng)硬件四、控制算法五、控制效果第九章 分布式控制系統(tǒng)§9.1 概述§9.2 分布式控制系統(tǒng)的分析一、系統(tǒng)功能二、系統(tǒng)組態(tài)三、局部網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)據(jù)通信§9.3 分布式控制系統(tǒng)中的算法一、監(jiān)督控制層的算法二、計劃調(diào)度層的算法附錄第三篇小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第四篇 典型裝置的控制系統(tǒng)第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制§10.1 大型單元機組的生產(chǎn)過程及其對控制的要求一、單元機組的出力控制二、鍋爐燃燒過程的控制三、鍋爐汽包水位的控制四、過熱蒸汽的溫度控制§10.2 單元機組出力控制系統(tǒng)一、鍋爐跟蹤方式二、汽機跟蹤方式三、機爐協(xié)調(diào)方式四、出力控制系統(tǒng)的實例§10.3 燃燒過程的控制系統(tǒng)一、汽壓調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性二、燃料量控制系統(tǒng)三、送風(fēng)控制系統(tǒng)四、負(fù)壓控制系統(tǒng)§10.4 鍋爐的給水控制系統(tǒng)一、給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性二、汽包水位的三沖量控制方案三、三沖量控制系統(tǒng)的工程整定四、汽包水位的串級控制系統(tǒng)§10.5 蒸汽溫度控制系統(tǒng)一、汽溫調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性二、帶有導(dǎo)前微分信號的汽溫控制系統(tǒng)三、雙信號汽溫調(diào)節(jié)器的整定四、汽溫串級控制系統(tǒng)五、蒸汽溫度控制實例第十一章 精餾塔的自動控制§11.1 精餾過程一、精餾原理二、連續(xù)精餾裝置和流程三、精餾塔的基本型式§11.2 精餾塔的控制目標(biāo)一、質(zhì)量指標(biāo)二、產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗§11.3 影響精餾過程的因素一、全塔物料平衡二、能量平衡三、內(nèi)部物料平衡四、動態(tài)影響分析§11.4 精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選取一、靈敏板的溫度控制二、溫差控制三、雙溫差控制§11.5 精餾塔的基本控制方案一、按精餾段指標(biāo)控制二、按提餾段指標(biāo)控制三、按塔頂塔底兩端質(zhì)量指標(biāo)控制§11.6 精餾塔的內(nèi)回流控制和進料熱焓控制一、內(nèi)回流控制二、進料熱焓控制§11.7 精餾塔的節(jié)能控制一、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的“卡邊”控制二、采用前饋控制方案三、浮動塔壓控制方案結(jié)束語思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第五篇 高等過程控制系統(tǒng)第十二章 推理控制§12.1 推理控制系統(tǒng)的組成一、問題的提出二、推理控制系統(tǒng)的組成三、推理控制器的設(shè)計§12.2 模型誤差對系統(tǒng)性能的影響一、擾動通道模型存在誤差二、控制通道模型存在誤差三、推理.反饋控制系統(tǒng)§12.3 輸出可測條件下的推理控制一、系統(tǒng)組成二、模型誤差對系統(tǒng)性能的影響三、自適應(yīng)推理控制四、預(yù)測推理控制§12.4 多變量推理控制一、控制器的V規(guī)范型結(jié)構(gòu)二、V規(guī)范型控制器的設(shè)計三、濾波陣的選擇§12.5 應(yīng)用舉例一、應(yīng)用實例二、二次輸出量的選擇三、控制作用的限幅思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第十三章 預(yù)測控制§13.1 概述§13.2 預(yù)測控制的基本原理一、內(nèi)部模型二、參考軌跡三、控制算法§13.3 預(yù)測控制方法的機理分析一、內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)法二、狀態(tài)空間表示法§13.4 預(yù)測控制中的幾個問題一、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性二、非最小相位系統(tǒng)中的預(yù)測控制三、大遲延系統(tǒng)中的預(yù)測控制§13.5 應(yīng)用舉例思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第十四章 自適應(yīng)控制§14.1 概述一、具有被控對象數(shù)學(xué)模型在線辨識的自適應(yīng)控制系統(tǒng)二、參考模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)§14.2 自校正控制一、閉環(huán)可辨識的條件二、自校正調(diào)節(jié)器三、極點配置的自校正調(diào)節(jié)器四、廣義最小方差控制策略——自校正控制器§14.3 參考模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)一、被控對象全部狀態(tài)能直接獲取的自適應(yīng)控制系統(tǒng)二、根據(jù)對象輸入輸出設(shè)計參考模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)第十五章 多變量現(xiàn)代頻域方法§15.1 多變量系統(tǒng)的描述方法［1］§15.2 穩(wěn)定性定理§15.3 逆奈氏陣列法一、對角優(yōu)勢二、穩(wěn)定性判據(jù)三、運用INA方法的一些問題§15.4 關(guān)于INA方法中閉環(huán)特性的討論§15.5 INA設(shè)計方法示例§15.6 特征軌跡法一、廣義奈氏穩(wěn)定性判據(jù)二、互聯(lián)作用三、近似可交換控制器四、設(shè)計方法和舉例§15.7 其它設(shè)計方法一、并矢展開法二、順序回差法§15.8 小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)

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