《化学工程师使用的过程模型化、模拟和控制》

第一章导论1

1-1 过程动态和过程控制的实例1

1-2 学习目的3

1-3 历史沿革4

1-4 展望4

1-5 学习过程控制的动机5

1-6 一般概念5

第一篇化工系统的数学模型8

第二章基本原理8

2-1引言8

2-1.1 数学模型的用途8

2-1.2 范围8

2-1.3 建立方程的原则8

2-2基本定律9

2-2.2 连续性方程9

2-2.2 能量方程13

2-2.3 运动方程17

2-2.4 传递方程20

2-2.5 状态方程20

2-2.6 平衡22

2-2.7 化学动力学24

第三章化工系统数学模型的示例27

3-1 引言27

3-2 等温等容连续均混反应器的串联系统27

3-3 变量滞留量的连续均混反应器的串联系统29

3-4 有压气体的连续均混反应器30

3-5 变温的连续均混反应器31

3-6 单组分蒸发器35

3-7 多组分闪蒸塔38

3-8 间歇反应器40

3-9 伴有传质过程的反应器44

3-10 理想的双组分蒸馏塔46

3-11 非理想的多组分蒸馏塔50

第二篇计算机模拟60

第四章模拟计算机模拟61

4-1 引言61

4-2 基本组件和组件61

4-3 各种运算块62

4-4 简单的例题65

4-5 比较复杂的系统71

第五章数字计算机模拟81

5-1数值方法82

5-1.1 隐函数的收敛方法82

5-1.2 数值积分87

5-2例题94

5-2.1 串联的三个连续均混反应器94

5-2.2 非等温连续均混反应器97

5-2.3 双组分蒸馏塔100

5-2.4 多组分蒸馏塔104

5-2.5 间歇反应器113

第三篇动态123

第六章时间域动态123

6-1 分类和定义124

6-2线性化和偏离变量126

6-2.1 线性化126

6-2.2 偏离变量128

6-3简单线性系统的响应129

6-3.1 一阶线性常微分方程129

6-3.2 常系数的二阶线性常微分方程133

6-3.3 常系数的N阶线性常微分方程141

6-4 稳态方法143

第七章拉普拉斯域动态148

7-1拉普拉斯变换原理148

7-1.1 定义148

7-1.2 线性的性质148

7-2重要函数的拉普拉斯变换149

7-2.1 阶跃函数149

7-2.2 斜坡函数149

7-2.3 正弦函数150

7-2.4 指数函数150

7-2.5 时间乘指数函数150

7-2.6 尖脉冲(迪拉克△函数δ)151

7-3 拉普拉斯逆变换151

7-4传递函数154

7-4.1 乘一个常数154

7-4.2 对时间的微分154

7-4.3 积分156

7-4.4 静止时间156

7-5 例题157

7-6 传递函数的性质163

第八章频率域动态169

8-1 定义169

8-2 基本定理170

8-3表示方法173

8-3.1 奈魁斯特图173

8-3.2 伯德图176

8-3.3 尼柯尔斯图186

8-4 频率域解法187

第九章过程识别201

9-1 目的201

9-2直接的方法201

9-2.1 时间域拟合阶跃试验资料201

9-2.2 直接正弦波试验202

9-3脉冲试验203

9-3.1 由脉冲试验资料计算G？204

9-3.2 用数字计算机计算傅里叶变换205

9-3.3 关于脉冲试验的几点实用意见211

9-3.4 有积分作用的过程211

9-4 阶跃试验213

9-5 过程识别的其它方法214

9-6时间域、拉普拉斯域及频率域之间的关系214

9-6.1 拉普拉斯域到频率域215

9-6.2 频率域到拉普拉斯域215

9-6.3 时间域到拉普拉斯域215

9-6.4 拉普拉斯城到时间域215

9-6.5 时间域到频率域216

9-6.6 频率域到时间域216

第四篇反馈控制219

第十章时间域综合219

10-1控制装置219

10-1.1 感受器221

10-1.2 变送器222

10-1.3 控制阀224

10-1.4 控制器227

10-1.5 计算中继器和其它有用的装置230

10-1.6 数字的过程控制计算机230

10-2常规反馈控制器的特性231

10-2.1 死循环响应的性能指针231

10-2.2 负载特性231

10-3控制器的整定234

10-3.1 经验方法234

10-3.2 在线试探法235

10-3.3 齐格勒-尼柯尔斯方法236

10-4 控制系统的设计原则237

10-5非常规控制241

10-5.1 计算变量控制241

10-5.2 非线性控制器242

10-5.3 抗积分饱和243

10-5.4 选择控制环243

10-5.5 比值控制245

第十一章拉普拉斯域综合251

11-1稳定性251

11-1.1 在开环和死循环传递函数之间的关系式251

11-1.2 劳思稳定性准则253

11-1.3 直接代入法求取稳定性边界256

11-2性能指针257

11-2.1 稳态性能指针257

11-2.2 动态性能指针258

11-3根轨迹的分析方法与综合方法259

11-3.1 定义259

11-3.2 根轨迹曲线的绘图法262

11-4开环不稳定过程266

14-4.1 一阶的开环不稳定过程267

11-4.2 二阶开环不稳定过程268

11-4.3 三阶开环不稳定过程268

11-5 具有逆响应的过程270

11-6 相关控制系统272

第十二章频率域综合280

12-1奈魁斯特稳定性准则280

12-1.1 奈魁斯特稳定性准则的证明281

12-1.2 例题283

12-1.3 图标方法289

12-2频率域中的性能指针291

12-2.1 相位裕度291

12-2.2 增益裕度291

12-2.3 死循环对数模的最大值(LM)292

12-3反馈控制器的频率响应295

12-3.1 比例控制器(P)296

12-3.2 比例积分控制器(PI)296

12-3.3 比例积分微分控制器(PID)297

12-4例题297

12-4.1 三个连续均混反应器的串联系统297

12-4.2 有静止时间的一阶滞后302

12-4.3 开环不稳定过程302

第五篇前馈控制308

第十三章前馈控制308

13-1 基本概念308

13-2 典型硬件的应用312

13-3为线性系统设计前馈控制器的示例313

13-3.1 三个连续均混反应器的串联系统313

13-3.2 非等温的连续均混反应器314

13-3.3 蒸馏塔319

13-4 非线性的前馈系统320

第六篇采样资料系统324

第十四章采样与Z变换324

14-1引言324

14-1.1 定义324

14-1.2 出现于化工中的采样资料系统325

14-2 尖脉冲采样器326

14-3 基本采样定理331

14-4Z变换333

14-4.1 定义333

14-4.2 推导常用函数的Z变换334

14-4.3 静止时间的作用336

14-4.4 Z变换定理337

14-4.5 逆变换338

14-5 脉冲传递函数342

14-6 保持装置344

14-7开环和死循环系统345

14-7.1 开环系统345

14-7.2 死循环系统348

第十五章采样数据控制系统的分析与综合355

15-1 Z平面上的稳定性355

15-2频率域设计方法357

15-2.1 奈魁斯特稳定性准则357

15-2.2 精确的方法357

15-2.3 近似的方法362

15-3 Z域根轨迹设计方法363

15-4 双线性变换设计方法366

15-5采样数据控制器370

15-5.1 物质的可实现性370

15-5.2 控制器设计371

15-5.3 连续装置的近似法373

15-6 最小原型采样数据控制器374

附录一多项式求根子程序382

附录二仪表硬件386