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第1篇 过程控制系统1

第1章 单回路反馈控制系统1

1．1 单回路系统的结构组成1

1．2 被控变量的选择3

1．3 单回路系统的投运和整定5

1．3．1 控制系统的投运6

1．3．2 控制系统的整定6

1．4 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择11

1．4．1 干扰通道特性对控制质量的影响12

1．4．2 控制通道特性对控制质量的影响15

1．4．3 操纵变量的选择18

1．5 控制阀的选择18

1．5．2 控制阀开、闭形式的选择19

1．5．1 控制阀口径大小的选择19

1．5．3 控制阀流量特性的选择20

1．5．4 控制阀结构形式的选择24

1．5．5 阀门定位器的选用24

1．6 测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法26

1．6．1 测量滞后的影响26

1．6．2 信号传送滞后的影响27

1．6．3 克服测量、传送滞后的办法27

1．7 系统的关联及其消除方法29

1．7．1 系统关联及其影响29

1．7．2 分析系统关联的方法30

1．7．3 削弱或消除系统间关联的方法31

本章附录32

附录一 实验装置介绍32

附录二 单回路控制系统连接实践34

附录四 单回路控制系统的质量研究35

附录三 单回路控制系统的投运和整定35

本章思考题及习题36

第2章 串级控制系统38

2．1 概述38

2．2 串级控制系统的实施41

2．2．1 用电动Ⅲ型、Ⅱ型仪表构成串级控制方案42

2．2．2 用气动单元组合仪表构成串级控制方案43

2．2．3 串级控制系统的实施44

2．3 串级控制系统的投运和整定47

2．3．1 串级控制系统的投运47

2．3．2 串级控制系统的工程整定方法47

2．4 串级控制系统的特点49

2．5 串级系统副回路的设计53

本章附录58

附录一 串级控制系统连接实践58

附录三 串级系统主、副环抗干扰能力的比较59

附录二 串级控制系统的投运和整定59

附录四 串级系统与单回路系统质量的比较60

本章思考题及习题61

第3章 比值控制系统63

3．1 概述63

3．2 比值控制系统的类型63

3．2．1 开环比值控制系统63

3．2．2 单闭环比值控制系统64

3．2．3 双闭环比值控制系统65

3．2．4 其他类型的比值控制66

3．3 比值系数的计算69

3．3．1 流量与测量信号成线性关系时的计算69

3．3．2 流量与测量信号成非线性关系时的计算70

3．4 比值控制方案的实施70

3．4．2 比值控制方案实施举例71

3．4．1 两类实施方案71

3．4．3 比值控制系统中非线性环节的影响74

3．4．4 比值控制系统中的信号匹配问题76

3．5 比值控制系统的投运与整定78

3．6 比值控制系统的其他问题78

3．6．1 流量测量中的压力、温度的校正78

3．6．2 主、副流量的动态比值问题79

3．6．3 具有逻辑规律的比值控制81

3．6．4 副流量供料不足时的自动配比82

3．6．5 主动量与从动量的选择82

本章附录 比值控制系统实验83

本章思考题及习题84

第4章 均匀控制系统86

4．1 均匀控制问题的提出及特点86

4．2．1 常用的几种结构形式87

4．2 均匀控制方案87

4．2．2 控制规律的选择89

4．2．3 参数整定89

4．3 均匀控制系统的理论分析90

4．4 其他需说明的问题92

4．4．1 气体压力与流量的均匀控制92

4．4．2 实现均匀控制的其他方法92

本章附录 均匀控制系统实验93

本章思考题及习题93

第5章 前馈控制系统94

5．1 前馈控制系统的特点94

5．2 前馈控制系统的几种主要结构形式96

5．2．1 单纯的前馈控制系统96

5．2．2 前馈-反馈控制系统97

5．2．3 前馈-串级控制系统99

5．3 前馈控制规律的实施100

5．4 前馈控制系统的应用101

5．5 前馈控制系统的参数整定103

5．5．1 K1的整定103

5．5．2 T1、T2的整定104

5．6 多变量前馈控制106

5．6．1 由工艺机理建立多变量前馈控制模型106

5．6．2 以线性叠加为基础建立多变量前馈控制方程107

5．6．3 多输入-多输出的多变量前馈控制系统108

本章附录 前馈控制系统实验111

本章思考题及习题111

第6章 选择性控制系统114

6．1 概述114

6．2 选择性控制系统的类型及应用115

6．2．1 开关型选择性控制系统115

6．2．2 连续型选择性控制系统117

6．2．3 混合型选择性控制系统120

6．3 选择性控制系统的设计121

6．4 积分饱和及其防止措施122

6．4．1 积分饱和的产生及其危害性122

6．4．2 抗积分饱和措施122

本章思考题及习题126

第7章 分程及阀位控制系统128

7．1 分程控制系统128

7．1．1 概述128

7．1．2 分程控制的应用场合129

7．1．3 分程控制系统控制器参数的整定132

7．1．4 分程阀总流量特性的改善132

7．2 阀位控制系统137

7．2．1 概述137

7．2．2 阀位控制系统的应用138

7．2．3 阀位控制系统的设计及整定140

本章思考题及习题141

第8章 非线性控制系统144

8．1 线性过程的非线性控制144

8．1．1 液位的非线性控制144

8．1．2 线性过程的其他非线性控制146

8．2 非线性过程的非线性控制148

8．2．1 pH控制过程的非线性控制148

8．2．2 反应器的非线性控制150

8．3．位式控制151

8．3．1 位式控制的改进及其发展151

8．3．2 Bang-Bang控制152

本章思考题及习题154

9．1．1 纯滞后补偿原理155

9．1．2 纯滞后补偿控制的效果155

9．1 纯滞后补偿控制系统155

第9章 新型控制系统155

9．1．3 史密斯补偿的实现156

9．2 按计算指标及推断控制系统158

9．2．1 按计算指标的控制系统158

9．2．2 推断控制系统162

9．3 解耦控制系统166

9．3．1 关联系统解耦条件167

9．3．2 解耦控制方案167

9．3．3 解耦控制应用实例171

9．4 按z变换设计的控制系统172

9．4．1 最小拍控制算法172

9．4．2 大林(Dahlin)控制算法173

9．4．3 采样控制系统175

9．5 预测控制系统177

9．5．1 模型算法控制(MAC)178

9．5．2 动态矩阵控制179

本章思考题及习题182

第10章 计算机控制系统185

10．1 概述185

10．1．1 计算机控制与模拟控制的比较185

10．1．2 计算机控制系统的基本类型186

10．2 计算机控制系统组成及数据处理188

10．2．1 计算机控制系统的组成188

10．2．2 信号采集、数字滤波和数据处理189

10．3 直接数字控制系统(DDC)194

10．3．1 DDC系统组成、功能及应用场合194

10．3．2 DDC控制算式196

10．3．3 PID控制算式的改进199

10．3．4 DDC系统的参数整定202

10．3．5 DDC系统其他控制形式的PID算式204

10．4 集散型控制系统214

10．4．1 集散塑控制系统的产生214

10．4．2 集散型系统的基本组成和特点215

10．4．3 集散型控制系统的功能216

10．4．4 集散型控制系统示例TDC-3000简介218

本章思考题及习题224

第2篇 过程控制工程226

第11章 流体输送设备的控制226

11．1 概述226

11．2 泵和压缩机的控制227

11．2．1 离心泵的控制方案227

11．2．2 容积式泵的控制方案229

11．2．3 压缩机的控制方案230

11．3．1 喘振现象及原因231

11．3 离心式压缩机的防喘振控制231

11．3．2 防喘振控制系统232

11．3．3 压缩机串、并联运行及防喘振控制237

本章思考题及习题238

第12章 传热设备的控制240

12．1 概述240

12．1．1 传热设备的类型240

12．1．2 传热设备的控制要求241

12．2 一般传热设备的控制241

12．2．1 换热器的控制241

12．2．2 蒸汽加热器的控制245

12．2．3 冷凝冷却器的控制246

12．3 锅炉设备的控制247

12．3．1 概述247

12．3．2 锅炉汽包水位的控制248

12．3．3 蒸汽过热系统的控制255

12．3．4 锅炉燃烧过程的控制255

12．4 加热炉的控制259

12．4．1 采用压力平衡式控制阀(浮动阀)的控制260

12．4．2 特殊温度-流量串级控制系统260

本章思考题及习题261

第13章 精馏塔的控制264

13．1 概述264

13．1．1 精馏塔的基本关系264

13．1．2 精馏塔的控制要求266

13．1．3 精馏塔的主要干扰因素266

13．2 精馏塔的特性266

13．3 精馏塔被控变量的选择267

13．3．1 采用产品成分作为直接质量指标267

13．3．2 采用温度作为间接质量指标267

13．3．3 用压力孙偿的温度参数作为间接指标268

13．4 精馏塔的整体控制方案270

13．4．1 传统的物料平衡控制271

13．4．2 质量指标反馈控制271

13．4．3 串级、均匀、比值、前馈等控制系统在精馏塔中的应用274

13．4．4 精馏塔塔压的控制275

13．5 精馏塔的新型控制方案277

13．5．1 内回流、热焓控制277

13．5．2 解耦控制277

13．5．3 推断控制277

13．5．4 精馏塔的节能控制278

13．5．5 精馏塔的最优控制280

本章思考题及习题283

14．1 概述285

14．1．1 化学反应器的类型285

第14章 化学反应器的控制285

14．1．2 化学反应器的控制要求286

14．2 反应器的特性287

14．3 反应器的热稳定性分析289

14．3．1 反应器静态工作点的热稳定性289

14．3．2 开环不稳定、闭环稳定的条件290

14．4 反应器的基本控制方案291

14．4．1 绝热反应器的控制292

14．4．2 非绝热反应器的控制293

14．5 反应器的新型控制方案294

14．5．1 聚合釜的温度-压力串级控制系统294

14．5．2 具有压力补偿的反应釜温度控制295

14．5．3 变换炉的最优控制296

14．5．4 连续搅拌槽反应器的自适应控制297

本章思考题及习题298

参考文献300