過程控制系統(tǒng)

內(nèi)容概要

　　《過程控制系統(tǒng)》是作者在清華大學(xué)自動化專業(yè)多年教學(xué)和科研的總結(jié)，是在1993年出版的教材《過程控制》(金以慧主編，清華大學(xué)出版社)的基礎(chǔ)上重新編寫而成的。
　　《過程控制系統(tǒng)》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、分析與評價，并深入剖析了兩個典型生產(chǎn)過程控制的實例，力圖從生產(chǎn)過程特點出發(fā)，對控制系統(tǒng)進行綜合設(shè)計和優(yōu)選。在此基礎(chǔ)上還討論了過程計算機控制系統(tǒng)，進一步介紹了幾種先進控制策略，并增加了諸如間歇過程控制、整廠控制、實時最優(yōu)化、過程監(jiān)控等學(xué)科前沿的內(nèi)容，力求反映近年來過程控制的新發(fā)展。全書從數(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，并添加了思考題、自學(xué)部分以及自己設(shè)計實驗等內(nèi)容，為培養(yǎng)自學(xué)能力、創(chuàng)新思維等提供了較大的空間。
　　《過程控制系統(tǒng)》是面向研究型大學(xué)本科生的教材，因而更強調(diào)理論與實際的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，注重對前沿學(xué)科發(fā)展的理解和分析。《過程控制系統(tǒng)》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。

作者簡介

　　黃德先
1982年獲華東石油學(xué)院化工自動化及儀表專業(yè)學(xué)土學(xué)位，1988年獲石油大學(xué)(北京)工業(yè)自動化專業(yè)碩土學(xué)位，2000年獲清華大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)博土學(xué)位。現(xiàn)為清華大學(xué)自動化系研究員，博士生導(dǎo)師，過程控制工程研究所副所長；兼任中國自動化學(xué)會過程控制專業(yè)委員會副主任，中國化工學(xué)會信息技術(shù)專業(yè)委員會副主任、過程系統(tǒng)工程專業(yè)委員會委員，《Chinese
Journal of Chemical Engineering》、《化工自動化及儀表》、《計算機與應(yīng)用化學(xué)》等期刊編委。

書籍目錄

緒論
第一篇 簡單控制系統(tǒng)
 第1章 生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型
 第2章 常規(guī)控制及其過程分析
 第3章 控制系統(tǒng)的整定
 第4章 控制系統(tǒng)中的儀器儀表
第二篇 復(fù)雜控制系統(tǒng)
 第5章 串級控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)
 第6章 基于補償原理的控制系統(tǒng)
 第7章 解耦控制系統(tǒng)
第三篇 先進控制系統(tǒng)
 第8章 推理控制
 第9章 預(yù)測控制
 第10章 間歇過程控制
 第11章 整廠控制
 第12章 實時優(yōu)化
第四篇 過程計算機控制系統(tǒng)
 第13章 數(shù)字控制系統(tǒng)
 第14章 計算機控制系統(tǒng)
 第15章 控制系統(tǒng)中的計算機網(wǎng)絡(luò)
第五篇 典型裝置的控制系統(tǒng)
 第16章 精餾塔的自動控制
 第17章 發(fā)酵過程的自動控制
第六篇 控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
 第18章 控制系統(tǒng)的設(shè)計
 第19章 系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)
 第20章 過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)藝術(shù)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：采用不同的積分公式意味著估計整個過渡過程優(yōu)良程度時的側(cè)重點不I司。例如ISE著重于抑制過渡過程中的大誤差，而ITAE則著重懲罰過渡過程拖得過長。人們可以根據(jù)生產(chǎn)過程的要求，特別是結(jié)合經(jīng)濟效益的考慮加以選用。誤差積分指標有一個缺點，它不能保證控制系統(tǒng)具有合適的衰減率，而后者則是人們首先關(guān)注的。特別是，一個等幅振蕩過程是人們不能接受的，然而它的IE卻等于零。如果用來評價過程的控制性能，顯然極不合理。為此，通常的做法是首先保證衰減率的要求。在這個前提下，系統(tǒng)仍然可能有一些靈活的余地，這時再考慮使誤差積分為最小。以上討論的評價控制系統(tǒng)性能指標在以后章節(jié)中會得到進一步的闡述，以加深理解。0.4 本書的結(jié)構(gòu)與教學(xué)安排本書是面向研究型大學(xué)本科生的教材，注重理論與實際的結(jié)合以及分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)。因而在課程的安排中將壓縮常規(guī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容，增加學(xué)科前沿的內(nèi)容；壓縮敘述性內(nèi)容，增加理論分析的分量。注意從掌握本課程基本內(nèi)容著手，注重提高對前沿學(xué)科的理解和分析。本教材將引入本領(lǐng)域中新的研究成果，其中包括融入我們自己的科研成果，例如，PID魯棒自整定、多變量魯棒控制、操作最優(yōu)化、綜合自動化以及在生產(chǎn)實際中應(yīng)用成功的案例等。本教材將在《過程控制》第1版的基礎(chǔ)上增加控制系統(tǒng)中的計算機網(wǎng)絡(luò)、間歇過程控制、整廠控制系統(tǒng)、實時最優(yōu)化等新內(nèi)容。為加強培養(yǎng)動手能力和解決實際問題的能力，本教材還增加了實驗內(nèi)容，添加了自選實驗和自己設(shè)計的實驗等項目，為有余力的學(xué)生提供了主動學(xué)習(xí)的空間。我們增加了在流程模擬軟件上進行過程建模與多變量控制的實驗；又新增了在計算機網(wǎng)絡(luò)上進行實驗等新的內(nèi)容。

媒體關(guān)注與評論

緒論0.1生產(chǎn)過程自動化的發(fā)展概況和趨勢0.2過程控制的任務(wù)和要求0.3控制系統(tǒng)的組成、分類與性能指標0.4本書的結(jié)構(gòu)與教學(xué)安排思考題與習(xí)題參考文獻第一篇簡單控制系統(tǒng)第1章生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型1.1被控對象的動態(tài)特性1.1.1基本概念1.1.2若干簡單被控對象的動態(tài)特性1.1.3工業(yè)過程自由度分析1.1.4工業(yè)過程動態(tài)特性的特點1.2過程數(shù)學(xué)模型及其建立方法1.2.1過程數(shù)學(xué)模型的表達形式與對模型的要求1.2.2建立過程數(shù)學(xué)模型的基本方法1.2.3常用的辨識建模方法1.3小結(jié)第2章常規(guī)控制及其過程分析2.1基本概念2.2比例控制(p控制)與積分控制(i控制)2.2.1比例控制、積分控制的動作規(guī)律2.2.2比例控制和積分控制的特點2.2.3比例帶和積分速度對控制過程的影響2.3比例積分控制(pi控制)與比例積分微分控制(pid控制)2.3.1比例積分控制2.3.2積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和2.3.3比例微分控制2.3.4比例積分微分控制規(guī)律及特點2.4小結(jié)第3章控制系統(tǒng)的整定3.1控制系統(tǒng)整定的基本要求3.1.1單項性能指標3.1.2誤差積分性能指標3.2衰減頻率特性法3.2.1穩(wěn)定度判據(jù)3.2.2頻率特性法整定控制器參數(shù)3.3工程整定法3.3.1特性參數(shù)法3.3.2穩(wěn)定邊界法3.3.3衰減曲線法3.3.4其他整定方法3.4控制器參數(shù)的自整定3.4.1極限環(huán)法3.4.2模式識別法3.4.3魯棒pid參數(shù)整定法3.5小結(jié)第4章控制系統(tǒng)中的儀器儀表4.1檢測變送儀表4.1.1傳感器4.1.2變送器4.2執(zhí)行器——氣動調(diào)節(jié)閥4.2.1氣動執(zhí)行機構(gòu)4.2.2調(diào)節(jié)閥與閥門定位器4.2.3調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)與流量特性4.2.4氣動調(diào)節(jié)閥選型4.3安全柵4.3.1危險區(qū)域的分類4.3.2防爆儀表的分類、分級和分組4.3.3防爆安全柵4.4小結(jié)第一篇小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻第二篇復(fù)雜控制系統(tǒng)第5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)計中的幾個問題5.3.1副回路的設(shè)計5.3.2主、副回路工作頻率的選擇5.3.3防止控制器積分飽和的措施5.4控制器的選型和整定方法5.4.1逐步逼近法5.4.2兩步整定法5.5比值控制系統(tǒng)5.5.1比值系數(shù)的計算5.5.2比值系統(tǒng)中的非線性特性5.5.3比值控制系統(tǒng)的整定5.5.4常見比值控制系統(tǒng)5.6小結(jié)第6章基于補償原理的控制系統(tǒng)6.1概述6.2前饋控制6.2.1基本概念6.2.2靜態(tài)前饋控制6.2.3動態(tài)前饋控制6.2.4前饋-反饋控制系統(tǒng)6.3大遲延控制6.3.1概述6.3.2采用補償原理克服大遲延的影響6.3.3史密斯預(yù)估器的幾種改進方案6.4非線性增益補償6.4.1概述6.4.2對象靜態(tài)非線性特性的補償6.5小結(jié)第7章解耦控制系統(tǒng)7.1相對增益7.1.1相對增益的定義7.1.2求取相對增益的方法7.1.3相對增益矩陣特性7.1.4奇異值分析法7.2耦合系統(tǒng)中的變量匹配和控制參數(shù)整定7.2.1變量之間的配對7.2.2控制回路之間的耦合影響及其整定7.2.3回路間動態(tài)耦合的影響7.3解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計7.3.1前饋補償法7.3.2對角矩陣法7.3.3單位矩陣法7.4設(shè)計解耦控制系統(tǒng)中的問題7.4.1解耦系統(tǒng)的穩(wěn)定性7.4.2部分解耦7.4.3解耦系統(tǒng)的簡化7.5小結(jié)第二篇小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻第三篇先進控制系統(tǒng)第8章推理控制8.1推理控制問題的提出8.2推理控制系統(tǒng)8.2.1推理控制系統(tǒng)的組成8.2.2推理控制器的設(shè)計8.2.3模型誤差對系統(tǒng)性能的影響8.3多變量推理控制系統(tǒng)8.3.1控制器的V規(guī)范型結(jié)構(gòu)8.3.2V規(guī)范型控制器的設(shè)計8.3.3濾波陣的選擇8.4應(yīng)用舉例8.4.1丁烷精餾塔及其近似傳遞函數(shù)8.4.2二次輸出量的選擇8.4.3控制作用的限幅8.5軟測量8.5.1基于機理分析模型的軟測量技術(shù)8.5.2基于實驗建模的軟測量技術(shù)8.6小結(jié)第9章預(yù)測控制9.1預(yù)測控制問題的提出9.2預(yù)測控制系統(tǒng)9.2.1預(yù)測控制的基本原理9.2.2預(yù)測控制算法9.2.3預(yù)測控制的機理分析9.3預(yù)測控制中的幾個問題9.3.1系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性9.3.2非最小相位系統(tǒng)中的預(yù)測控制9.3.3大遲延系統(tǒng)中的預(yù)測控制9.4應(yīng)用舉例9.5小結(jié)第10章間歇過程控制10.1間歇過程控制系統(tǒng)10.1.1間歇過程概述10.1.2間歇過程控制的特點和要求10.1.3間歇過程控制模型10.2順序控制和邏輯控制10.2.1典型的間歇操作順序10.2.2間歇過程的順序邏輯表達方式10.2.3狀態(tài)轉(zhuǎn)換的監(jiān)視10.3間歇生產(chǎn)過程的控制10.3.1間歇反應(yīng)器的控制10.3.2快速熱處理過程的控制10.4間歇過程的先進控制10.4.1run-to-run控制10.4.2迭代學(xué)習(xí)控制10.5間歇生產(chǎn)過程的管理10.6小結(jié)第11章整廠控制11.1概述11.1.1整廠控制的提出11.1.2整廠控制的定義11.1.3整廠控制的內(nèi)容11.2整廠控制問題的描述11.2.1物料再循環(huán)11.2.2熱集成11.2.3整廠控制的數(shù)學(xué)模型11.2.4控制自由度11.2.5一個整廠控制的典型案例11.3整廠控制系統(tǒng)的特性11.3.1再循環(huán)帶來的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性——雪崩效應(yīng)11.3.2再循環(huán)帶來的動態(tài)響應(yīng)特性——-整體響應(yīng)速度趨緩11.3.3熱集成對動態(tài)響應(yīng)特性的影響——不穩(wěn)定性與反向響應(yīng)11.3.4過程擾動的傳播特性11.4整廠控制系統(tǒng)的一般設(shè)計過程11.4.1確定被控變量11.4.2選擇測量點11.4.3確定控制變量11.4.4設(shè)計整廠控制結(jié)構(gòu)11.5小結(jié)第12章實時優(yōu)化12.1生產(chǎn)過程中的實時最優(yōu)化概述12.2實時優(yōu)化問題的描述12.2.1過程優(yōu)化目標12.2.2約束和運行模型12.2.3實現(xiàn)優(yōu)化的方法12.3優(yōu)化算法12.3.1最優(yōu)化方法概述12.3.2線性規(guī)劃12.3.3非線性規(guī)劃算法12.3.4二次規(guī)劃12.3.5智能優(yōu)化算法12.4實時優(yōu)化應(yīng)用案例12.4.1乙醛生產(chǎn)過程的實時優(yōu)化12.4.2集動態(tài)控制與穩(wěn)態(tài)優(yōu)化于一體的精餾過程實時優(yōu)化12.4.3FCCU反應(yīng)再生過程的實時優(yōu)化12.5小結(jié)第三篇小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻第四篇過程計算機控制系統(tǒng)第13章數(shù)字控制系統(tǒng)13.1數(shù)字控制系統(tǒng)的組成13.2數(shù)字控制系統(tǒng)的理論分析基礎(chǔ)知識13.2.1采樣定理13.2.2離散系統(tǒng)的理論分析方法13.2.3連續(xù)控制系統(tǒng)到數(shù)字控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換13.2.4數(shù)字濾波13.2.5數(shù)據(jù)處理13.3數(shù)字控制算法13.3.1pid控制算式13.3.2pid控制算式的改進13.3.3數(shù)字式pid調(diào)節(jié)參數(shù)的整定13.4數(shù)字系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)的接口13.4.1數(shù)據(jù)輸出13.4.2人機界面13.5小結(jié)第14章計算機控制系統(tǒng)14.1直接數(shù)字控制系統(tǒng)14.1.1直接數(shù)字控制系統(tǒng)的原理14.1.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)的組成14.1.3直接數(shù)字控制系統(tǒng)的應(yīng)用14.2集散控制系統(tǒng)14.2.1集散控制系統(tǒng)的組成14.2.2集散控制系統(tǒng)的特點14.2.3集散控制系統(tǒng)的功能14.2.4集散控制系統(tǒng)的應(yīng)用14.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)14.3.1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概述14.3.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成14.3.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點14.3.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的功能14.3.5現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用14.4小結(jié)第15章控制系統(tǒng)中的計算機網(wǎng)絡(luò)15.1計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)15.2工業(yè)以太網(wǎng)15.3opc技術(shù)15.3.1組件技術(shù)15.3.2組件對象模型(com)15.3.3opc規(guī)范15.3.4opc的特點及其應(yīng)用領(lǐng)域15.4現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)15.5小結(jié)第四篇小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻第五篇典型裝置的控制系統(tǒng)第16章精餾塔的自動控制16.1精餾過程及其工藝操作目標16.1.1精餾原理16.1.2連續(xù)精餾裝置和流程16.1.3精餾塔的基本型式16.1.4精餾過程的工藝操作目標16.2精餾過程的靜態(tài)特性16.2.1全塔物料平衡16.2.2內(nèi)部物料平衡16.2.3理論塔板和塔板效率16.2.4能量平衡與分離度16.3精餾過程的動態(tài)特性16.3.1二元精餾塔的動態(tài)特性16.3.2多元精餾塔的動態(tài)特性16.3.3操作條件變化對分餾效果的影響16.3.4動態(tài)特性和動態(tài)影響分析16.4精餾塔質(zhì)量指標的選取16.4.1靈敏板的溫度控制16.4.2溫差控制16.4.3雙溫差控制16.5精餾塔的基本控制方案16.5.1按精餾段指標控制16.5.2按提餾段指標控制16.5.3按塔頂塔底兩端質(zhì)量指標控制16.6精餾塔的其他控制方案16.6.1內(nèi)回流控制16.6.2進料熱焓控制16.6.3精餾塔的節(jié)能控制16.6.4基于軟測量的產(chǎn)品質(zhì)量直接閉環(huán)控制16.7小結(jié)第17章發(fā)酵過程的自動控制17.1發(fā)酵過程17.1.1發(fā)酵原理17.1.2發(fā)酵過程及其特點17.1.3發(fā)酵過程的數(shù)學(xué)模型17.2發(fā)酵過程的控制17.2.1發(fā)酵過程控制的目標17.2.2發(fā)酵過程控制的特點17.2.3發(fā)酵過程的基本控制系統(tǒng)17.3發(fā)酵控制系統(tǒng)中的幾個問題17.3.1質(zhì)量指標的軟測量17.3.2發(fā)酵過程的補料控制17.3.3ph值的非線性控制17.4先進控制在發(fā)酵過程中的應(yīng)用17.4.1模型預(yù)測控制17.4.2迭代學(xué)習(xí)控制17.5小結(jié)第五篇小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻第六篇控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)第18章控制系統(tǒng)的設(shè)計18.1概述18.2工藝設(shè)計對過程控制的影響18.3過程控制中的自由度18.3.1控制自由度的計算18.3.2反饋控制與控制自由度18.4被控變量、操作變量和測量變量的選擇18.4.1被控變量的選擇18.4.2操作變量的選擇18.4.3測量變量的選擇18.5控制系統(tǒng)設(shè)計問題18.6先進控制系統(tǒng)的設(shè)計18.6.1可行性研究18.6.2功能設(shè)計18.6.3詳細設(shè)計18.6.4試運行階段18.7安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計18.7.1工藝設(shè)計階段的安全設(shè)計18.7.2基本過程控制系統(tǒng)的角色18.7.3過程報警18.7.4安全儀表系統(tǒng)18.8間歇過程控制系統(tǒng)的設(shè)計18.8.1間歇過程控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)18.8.2間歇過程控制系統(tǒng)的設(shè)計問題18.9小結(jié)第19章系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)19.1傳統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)19.1.1測量值的上下限19.1.2測量值幅度變化的上限19.1.3采樣波動的下限19.2基于統(tǒng)計分析的過程監(jiān)控技術(shù)19.2.1單變量質(zhì)量控制圖19.2.2多變量統(tǒng)計技術(shù)19.2.3擴展的統(tǒng)計過程控制技術(shù)19.3控制性能的監(jiān)控19.4小結(jié)第20章過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)藝術(shù)20.1概述20.2工藝過程和控制系統(tǒng)的集成設(shè)計20.3控制系統(tǒng)設(shè)計與安全可靠性20.3.1選擇性控制系統(tǒng)20.3.2壓縮機的防喘振控制20.3.3延遲焦化爐異常工況下的超馳控制20.4控制系統(tǒng)設(shè)計與經(jīng)濟目標優(yōu)化20.4.1雙重控制系統(tǒng)20.4.2加熱爐多燃料系統(tǒng)的控制20.4.3集動態(tài)控制與穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟目標優(yōu)化于一體的控制策略20.5控制系統(tǒng)的易用性20.6小結(jié)第六篇小結(jié)思考題與習(xí)題參考文獻習(xí)題答案

編輯推薦

《過程控制系統(tǒng)》是在1993年出版的教材《過程控制》的基礎(chǔ)上重新編寫而成的，是作者在清華大學(xué)自動化系多年教學(xué)和科研成果的總結(jié)?！哆^程控制系統(tǒng)》注意深入淺出，講清基本概念，同時力求反映近年來過程控制的新研究成果與發(fā)展，著重啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生如何從實際中提煉出問題并應(yīng)用已掌握的理論知識來加以解決的能力。《過程控制系統(tǒng)》是面向研究型大學(xué)本科的教材，因而更強調(diào)理論與實際的結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，注重對前沿學(xué)科發(fā)展的理解和分析。教育部高等學(xué)校自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會牽頭規(guī)劃。

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