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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 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择5

1.3.1 干扰通道特性对控制质量的影响6

1.3.2 控制通道特性对控制质量的影响8

1.3.3 操纵变量的选择12

1.4 控制阀的选择12

1.4.1 控制阀口径大小的选择12

1.4.2 控制阀开、闭形式的选择13

1.4.3 控制阀流量特性的选择13

1.4.5 阀门定位器的选用18

1.4.4 控制阀结构形式的选择18

1.5 测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法19

1.5.1 测量滞后的影响19

1.5.2 信号传送滞后的影响20

1.5.3 克服测量、传送滞后的办法21

1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择23

1.6.1 控制器参数对系统静态误差的影响23

1.6.2 控制器参数对系统动态误差的影响24

1.6.3 控制规律的选择25

1.7 系统的关联及其消除方法26

1.7.1 系统关联及其影响26

1.7.2 分析系统关联的方法26

1.7.3 削弱或消除系统间关联的方法28

1.8 单回路系统的投运和整定29

1.8.1 控制系统的投运30

1.8.2 控制系统的整定31

本章附录36

附录1 实验装置介绍36

附录2 单回路控制系统连接实践38

附录3 单回路控制系统的投运和整定39

附录4 单回路控制系统的质量研究40

本章思考题及习题40

第2章 串级控制系统42

2.1 概述42

2.2 串级控制系统的实施45

2.2.1 用电动Ⅲ型、Ⅱ型仪表构成串级控制方案46

2.2.2 串级控制系统的实施47

2.3.1 串级控制系统的投运49

2.3 串级控制系统的投运和整定49

2.3.2 串级控制系统的工程整定方法50

2.4 串级控制系统的特点51

2.5 串级系统副回路的设计56

本章附录60

附录1 串级控制系统连接实践60

附录2 串级控制系统的投运和整定60

附录3 串级系统主、副环抗干扰能力的比较61

附录4 串级系统与单回路系统质量的比较62

本章思考题及习题62

第3章 比值控制系统64

3.1 概述64

3.2 比值控制系统的类型64

3.2.1 开环比值控制系统64

3.2.2 单闭环比值控制系统65

3.2.3 双闭环比值控制系统66

3.2.4 其他类型的比值控制67

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71

3.4.1 两类实施方案71

3.4.2 比值控制方案实施举例71

3.4.3 比值控制系统中非线性环节的影响73

3.4.4 比值控制系统中的信号匹配问题75

3.5 比值控制系统的投运与整定76

3.6 比值控制系统的其他问题77

3.6.1 流量测量中的压力、温度的校正77

3.6.2 主、副流量的动态比值问题78

3.6.3 具有逻辑规律的比值控制79

3.6.4 副流量供料不足时的自动配比80

3.6.5 主动量与从动量的选择81

本章附录 比值控制系统实验81

本章思考题及习题82

第4章 均匀控制系统84

4.1 均匀控制问题的提出及特点84

4.2 均匀控制方案85

4.2.1 常用的几种结构形式85

4.2.2 控制规律的选择87

4.2.3 参数整定87

4.3 均匀控制系统的理论分析88

本章附录 均匀控制系统实验90

4.4.2 实现均匀控制的其他方法90

4.4.1 气体压力与流量的均匀控制90

4.4 其他需要说明的问题90

本章思考题及习题91

第5章 前馈控制系统92

5.1 前馈控制系统的特点92

5.2 前馈控制系统的几种主要结构形式94

5.2.1 单纯的前馈控制系统94

5.2.2 前馈-反馈控制系统95

5.2.3 前馈-串级控制系统96

5.3 前馈控制规律的实施97

5.4 前馈控制系统的应用99

5.5 前馈控制系统的参数整定101

5.5.1 Kf的整定101

5.5.2 T1、T2的整定102

5.6 多变量前馈控制103

5.6.1 由工艺机理建立多变量前馈控制模型104

5.6.2 以线性叠加为基础建立多变量前馈控制方程105

5.6.3 多输入-多输出的多变量前馈控制系统106

本章附录 前馈控制系统实验108

本章思考题及习题109

第6章 选择控制系统111

6.1 概述111

6.2 选择性控制系统的类型及应用112

6.2.1 开关型选择性控制系统112

6.2.2 连续型选择性控制系统114

6.2.3 混合型选择性控制系统116

6.3 选择性控制系统的设计117

6.4.1 积分饱和的产生及其危害性118

6.4 积分饱和及其防止措施118

6.4.2 抗积分饱和措施119

本章思考题及习题120

第7章 分程及阀位控制系统122

7.1 分程控制系统122

7.1.1 概述122

7.1.2 分程控制的应用场合123

7.1.3 分程控制系统控制器参数的整定125

7.1.4 分程阀总流量特性的改善126

7.2 阀位控制系统131

7.2.1 概述131

7.2.2 阀位控制系统的应用131

7.2.3 阀位控制系统的设计及整定133

本章思考题及习题134

第8章 非线性控制系统137

8.1 线性过程的非线性控制137

8.1.1 液位的非线性控制137

8.1.2 线性过程的其他非线性控制139

8.2 非线性过程的非线性控制141

8.2.1 pH控制过程的非线性控制141

8.2.2 反应器的非线性控制143

8.3 位式控制143

8.3.1 位式控制的改进及其发展144

8.3.2 Bang-Bang控制145

本章思考题及习题147

9.1.1 纯滞后补偿原理148

9.1.2 纯滞后补偿控制的效果148

9.1 纯滞后补偿控制系统148

第9章 新型控制系统148

9.1.3 史密斯补偿的实现149

9.2 按计算指标及推断控制系统*151+++9.2.1 按计算指标的控制系统151

9.2.2 推断控制系统154

9.3 解耦控制系统158

9.3.1 关联系统解耦条件159

9.3.2 解耦控制方案160

9.3.3 解耦控制应用实例163

9.4 按z变换设计的控制系统164

9.4.1 最小拍控制算法165

9.4.2 大林（Dahlin）控制算法165

9.4.3 采样控制系统168

9.5 预测控制系统170

9.5.1 模型算法控制（MAC）171

9.5.2 动态矩阵控制173

本章思考题及习题175

第2篇 过程控制工程178

第10章 流体输送设备的控制178

10.1 概述178

10.2 泵和压缩机的控制179

10.2.1 离心泵的控制方案179

10.2.2 容积式泵的控制方案181

10.2.3 压缩机的控制方案182

10.3 离心式压缩机的防喘振控制183

10.3.1 喘振现象及原因183

10.3.2 防喘振控制系统185

10.3.3 压缩机串、并联运行及防喘振控制190

本章思考题及习题191

11.1.1 传热设备的类型192

第11章 传热设备的控制192

11.1 概述192

11.1.2 传热设备的控制要求193

11.2 一般传热设备的控制193

11.2.1 换热器的控制193

11.2.2 蒸汽加热器的控制197

11.2.3 冷凝冷却器的控制198

11.3 锅炉设备的控制199

11.3.1 概述199

11.3.2 锅炉汽包水位的控制200

11.3.3 蒸汽过热系统的控制206

11.3.4 锅炉燃烧过程的控制206

11.4 加热炉的控制209

11.4.2 特殊温度-流量串级控制系统210

11.4.1 采用压力平衡式控制阀(浮动阀)的控制210

本章思考题及习题211

第12章 精馏塔的控制213

12.1 概述213

12.1.1 精馏塔的基本关系213

12.1.2 精馏塔的控制要求214

12.1.3 精馏塔的主要干扰因素215

12.2 精馏塔的特性215

12.3 精馏塔被控变量的选择216

12.3.1 采用产品成分作为直接质量指标216

12.3.2 采用温度作为间接质量指标216

12.3.3 用压力补偿的温度参数作为间接指标217

12.4 精馏塔的整体控制方案219

12.4.1 传统的物料平衡控制219

12.4.2 质量指标反馈控制220

12.4.3 串级、均匀、比值、前馈等控制系统在精馏塔中的应用222

12.4.4 精馏塔塔压的控制223

12.5 精馏塔的新型控制方案225

12.5.1 内回流、热焓控制225

12.5.2 解耦控制225

12.5.3 推断控制226

12.5.4 精馏塔的节能控制226

12.5.5 精馏塔的最优控制229

本章思考题及习题231

第13章 化学反应器的控制233

13.1 概述233

13.1.1 化学反应器的类型233

13.1.2 化学反应器的控制要求234

13.2 反应器的特性235

13.3 反应器的热稳定性分析236

13.3.1 反应器静态工作点的热稳定性237

13.3.2 开环不稳定、闭环稳定的条件238

13.4 反应器的基本控制方案239

13.4.1 绝热反应器的控制240

13.4.2 非绝热反应器的控制241

13.5 反应器的新型控制方案242

13.5.1 聚合釜的温度-压力串级控制系统242

13.5.2 具有压力补偿的反应釜温度控制243

13.5.3 变换炉的最优控制244

13.5.4 连续搅拌槽反应器的自适应控制245

本章思考题及习题246

参考文献248