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第一篇 单回路控制系统1

第一章 常规单回路系统设计1

1.1 控制系统组成及控制性能指标1

1.1.1 控制系统组成1

1.1.2 控制性能指标2

1.2 典型受控过程4

1.2.1 纯滞后过程4

1.2.2 单容过程4

1.2.3 多容过程7

1.2.4 具有反向响应的过程11

1.2.5 不稳定过程13

1.3 系统受控变量选择13

1.4.1 度量过程可控程度的指标Kmax？c的导出15

1.4 过程可控程度分析15

1.4.2 广义对象时间常数T和纯滞后τ对可控程度的影响17

1.4.3 可控性指标Kmax？c使用场合的限制20

1.5 广义对象各环节特性对可控程度影响21

1.6 在系统设计时对测量变送环节的考虑24

1.6.1 关于测量误差24

1.6.2 测量信号的处理25

1.7 控制阀环节在控制系统设计中的考虑26

1.7.1 控制阀概述26

1.7.2 流量特性和阀门增益27

1.7.3 流量特性的选择29

1.7.4 非线性补偿的其它方法34

1.7.5 阀门定位器的使用36

1.8.1 三类常规控制器38

1.8 工业用控制器控制规律的选取和参数整定38

1.8.2 控制规律的选取44

1.8.3 控制器参数整定46

1.9 控制系统的投运50

第二章 数字计算机控制概述及离散PID算式52

2.1 数字控制系统的基本配置53

2.1.1 数字计算机53

2.1.2 计算机与过程之间接口55

2.1.3 计算机控制环路57

2.1.4 软件58

2.2 离散PID控制58

2.2.1 离散PID算式58

2.2.2 离散PID的改进算式60

2.2.3 采样周期选择与离散PID参数整定67

2.3 数据处理和控制算式实施71

2.3.1 数据处理71

2.3.2 控制算式实施74

2.3.3 信号滤波76

第二篇 复杂控制系统81

第三章 提高响应曲线性能指标的控制系统81

3.1 串级控制系统81

3.1.1 基本原理和结构81

3.1.2 串级控制系统分析83

3.1.3 串级控制系统的设计88

3.1.4 串级系统投运及参数整定92

3.1.5 用微机实现串级控制93

3.2.1 基本原理94

3.2 前馈控制系统94

3.2.2 前馈控制系统的几种结构形式95

3.2.3 前馈控制规律的实施103

3.3 大纯滞后过程的控制106

3.3.1 史密斯(Smith)预估算法106

3.3.2 分析预测器算法111

3.4 具有反向特性过程的控制114

3.4.1 常规PID控制115

3.4.2 反向特性补偿器115

3.5 用Z变换设计的几种离散控制算法118

3.5.1 最小拍控制算法119

3.5.2 大林(Dahlin)算法119

3.5.3 卡尔曼(Kalman)算法122

3.6.1 离散脉冲系数模型124

3.6 动态矩阵控制124

3.6.2 DMC算法推导125

3.6.3 设计中的若干问题127

3.7 时间最优的Bang-Bang控制和复式控制127

3.7.1 时间最优的Bang-Bang控制127

3.7.2 复式控制系统131

3.8 适应性控制132

3.8.1 增益调度适应控制133

3.8.2 模型参考适应控制135

3.8.3 随机适应控制系统139

3.8.4 带有自校正的PID控制器141

3.9 系统间的关联和解耦控制143

3.9.1 相对增益144

3.9.2 关联的影响150

3.9.3 解耦控制151

第四章 按某些特定要求而开发的控制系统157

4.1 比值控制系统157

4.1.1 比值控制问题的由来157

4.1.2 定比值控制系统158

4.1.3 变比值控制系统160

4.1.4 比值控制系统的实施162

4.1.5 比值控制系统的投运及整定167

4.1.6 比值控制系统中的若干问题167

4.2 均匀控制系统169

4.2.1 均匀控制的由来169

4.2.2 均匀控制方案170

4.2.3 均匀控制系统的理论分析172

4.2.4 工程整定178

4.3 分型控制系统和阀位控制系统178

4.3.1 分程控制系统178

4.3.2 阀位控制(VPC)系统184

4.4 选择性控制系统186

4.4.1 超驰控制系统186

4.4.2 其它选择性控制系统189

4.5 推断控制190

4.5.1 按计算指标的控制系统191

4.5.2 反馈推断控制系统195

4.5.3 前馈性质的推断控制系统196

5.1 工艺设计与过程控制201

第五章 整体控制系统设计201

第三篇 整体控制和过程建模201

5.2 回路设计与全过程控制的关系202

5.2.1 物料平衡控制203

5.2.2 产品质量控制208

5.2.3 限制条件控制209

5.3 多变量控制系统设计210

5.3.1 自由度与受控变量、操纵变量数211

5.4 计算机分级控制216

第六章 过程建模220

6.1 辨识建模概述220

6.2 由阶跃响应曲线辨识传递函数223

6.3 用相关分析法辨识线性系统脉冲响应函数227

6.3.1 相关分析法原理227

6.3.2 用伪随机信号辨识过程的脉冲响应函数229

6.4 用最小二乘法估计离散动态模型的参数238

6.4.1 基本定义和计算公式238

6.4.2 递推的最小二乘法240

6.4.3 渐消记忆的递推算法242

第四篇 典型单元操作的控制245

第七章 流体输送设备的控制245

7.1 概述245

7.2 泵及压缩机的控制方案246

7.2.1 泵和管路系统的静态特性及泵的控制方案246

7.2.2 离心式压缩机的控制方案249

7.3 离心式压缩机的防喘振控制250

7.3.1 离心式压缩机的特性曲线与喘振250

7.3.3 喘振的极限线方程及安全操作线252

7.3.2 引起喘振的因素252

7.3.4 防喘振控制系统255

7.4 压缩机的串并联运行及其控制257

第八章 传热设备的控制260

8.1 概述260

8.1.1 传热设备的结构类型260

8.1.2 热量传递的三种方式261

8.1.3 传热设备的动态特点262

8.1.4 传热设备的自动控制方案262

8.2 对象的静态数学模型264

8.2.1 对象静态模型的基本方程式265

8.2.2 对象的静态放大倍数266

8.3.1 集中参数对象267

8.3 对象的动态数学模型267

8.3.2 分布参数对象270

8.4 加热炉的控制274

8.4.1 概述274

8.4.2 加热炉的单回路控制方案274

8.4.3 加热炉的串级控制方案276

8.4.4 加热炉的前馈-反馈控制方案279

8.4.5 安全联锁保护系统279

8.5 锅炉设备的控制281

8.5.1 概述281

8.5.2 汽包水位的控制283

8.5.3 燃烧过程的控制288

9.1.2 精馏过程独立变量的确定301

9.1.1 控制目的301

9.1 精馏塔的控制目的和独立变量301

第九章 精馏塔的控制301

9.2 精馏塔的静态特性303

9.2.1 物料平衡关系303

9.2.2 能量平衡关系和分离度303

9.2.3 塔内部平衡关系305

9.2.4 扰动因素的静态影响关系306

9.3 精馏塔的动态特性306

9.3.1 单块塔板的动特性307

9.3.2 加料塔板的动特性309

9.3.3 塔顶段动态特性310

9.3.4 塔底段动态特性310

9.4 精馏塔间接质量指标的选取314

9.5.1 传统的物料平衡控制317

9.5 精馏塔的基本控制方案317

9.5.2 控制一个产品质量322

9.5.3 控制两个产品质量326

9.6 可编程调节器在精馏塔节能控制中的应用328

9.6.1 工艺简介328

9.6.2 原有控制方案329

9.6.3 加热控制方式和节能的关系330

9.6.4 乙丙塔节能控制系统330

9.6.5 控制器校验和系统投运335

9.7 精馏塔的计算机最优控制336

9.7.1 工艺概况336

9.7.2 优化命题336

9.7.4 计算机优化控制的实现及运行效果337

9.7.3 塔的静态数学模型及优化仿真337

9.8 选择性控制的应用341

第十章 反应器的控制345

10.1 化学反应和化学反应器345

10.2 化学反应的基本规律348

10.2.1 化学反应速度及其影响因素348

10.2.2 化学平衡350

10.2.3 反应的转化率、产率和收率351

10.3 化学反应器的动态数学模型352

10.3.1 化学反应器的基本方程式352

10.3.2 非绝热反应釜的动态模型354

10.3.3 催化裂化反应单元的动态模型355

10.3.4 具有物料循环的绝热反应器的动态模型359

10.3.5 用状态方程描述的反应器动态模型360

10.4 反应器的基本控制方案363

10.4.1 概述363

10.4.2 温度受控变量的选择365

10.4.3 以温度作为控制指标的控制系统366

10.5 反应器的热稳定性及闭环稳定条件370

10.5.1 反应器的热稳定性分析371

10.5.2 开环不稳定、闭环稳定的条件372

10.6 几种典型反应器的控制方案374

10.6.1 聚合反应釜的控制374

10.6.2 一个连续反应器控制方案的考虑原则377

10.6.3 催化裂化反应一再生系统的前馈控制379

10.6.4 合成橡胶间歇聚合釜的自适应预估控制380

10.6.5 合成氢的计算机控制系统382