过程控制

　　本教材以现代过程控制工程实践为驱动力，充分展示现代复杂工业系统中的工业对象分析与建模、信号检测与软测量技术、模型的识别与分析、控制系统设计与实践，以及如何将先进控制技术融入传统过程，并配备有从单元控制、典型设备控制、典型流程控制案例分析和设计过程控制系统。

　　彭开香，1971年生，北京科技大学自动化学院教授，博士生导师，控制科学与工程系主任。从事专业方向主要为：复杂工业系统的故障诊断与预测、复杂工业系统的建模与控制、大型分布式控制系统的仿真与优化等。长期从事复杂生产过程控制与优化等相关科研工作，负责或作为主要参加人参与科研项目三十多项。曾获冶金科技进步一等奖一项，教育部科技进步二等奖一项，获得国家科技进步二等奖一项。

1. 绪论1.1过程控制的发展概况及特点1.1.1 过程控制的发展概况1.1.2过程控制系统的特点1.1.3过程控制的主要内容1.2过程控制系统的组成及分类1.2.1过程控制系统的组成1.2.2过程控制系统的分类1.3过程控制系统的两种表示形式1.3.1方框图1.3.2管道及仪表流程图1.4过程控制系统的性能指标及要求1.4.1过程控制系统的过渡过程1.4.2过程控制系统的性能指标1.4.3过程程控制的要求2. 过程检测仪表与执行器2.1过程检测仪表2.1.1过程检测的概念及特点2.1.2 温度的检测与变送2.1.3 压力的检测与变送2.1.4 流量的检测与变送2.1.5 物位的检测与变送2.2执行器2.2.1执行机构2.2.2调节机构2.2.3调节阀的流量特性2.2.4气动执行器的气开、气关形式2.2.5电—气转换器2.2.6阀门定位器2.2.7执行器的选择与安装2.3安全栅2.3.1安全防爆的基本概念2.3.2安全火花防爆系统2.3.3安全栅的工作原理3. 工业过程数学模型3.1 工业过程模型概述3.2工业过程静态模型3.2.1 机理模型3.2.2 统计模型3.3 工业过程动态模型3.3.1 动态数学模型的作用和要求3.3.2 动态数学模型的类型3.3.3 建立动态数学模型的途径3.3.4 工业过程动态机理模型径3.3.5 过程辨识与参数估计3.3.6 典型过程动态数学模型4. 简单控制系统4.1简单控制系统组成4.2简单过程控制系统的设计4.2.1控制系统设计步骤4.2.2设计中需要注意的问题4.2.3 被控变量的选择4.2.4 操纵变量的选择4.2.5 检测变送环节对系统的影响4.2.6 控制阀的选择4.2.7 控制器控制规律的选择及正反作用的确定4.3控制系统的投运4.3.1 投运前的准备工作4.3.2控制系统的投运次序4.4控制系统参数整定4.3.1 投运前的准备工作4.3.2控制系统的投运次序5. 常用复杂控制系统5.1串级控制系统5.1.1串级控制系统的基本结构和工作原理5.1.2串级控制系统的特点和效果分析5.1.3串级控制系统的设计5.1.4控制器的选型和参数整定5.1.5串级控制系统的应用实例5.2大滞后过程控制系统5.2.1概述5.2.2纯滞后补偿原理5.2.3史密斯预估控制的实现5.3前馈控制系统5.3.1前馈控制的原理及特点5.3.2静态前馈控制5.3.3动态前馈控制5.3.4前馈-反馈控制5.3.5前馈控制的应用5.4比值控制系统5.4.1比值系统的基本原理和类型5.4.2比值系数的计算5.4.3比值控制系统的设计5.4.4比值控制系统的参数整定5.4.5比值控制系统的应用实例5.5选择性控制系统5.5.1选择性控制基本原理5.5.2 选择性控制系统的类型5.5.3选择性控制系统的设计问题5.5.4选择性控制系统应用实例5.6分程控制系统5.6.1分程控制的工作原理和类型5.6.2分程控制系统的设计5.6.3分程控制系统的应用5.7双重控制系统5.7.1基本原理5.7.2双重控制系统性能分析5.7.3系统设计和实施中的问题5.7.4双重控制系统应用实例5.8差拍控制系统5.8.1差拍控制系统概述5.8.2最小拍控制算法5.8.3大林控制算法5.8.4 V.E.控制算法5.9均匀控制系统5.9.1均匀控制原理5.9.2均匀控制的实现方案5.10非线性过程控制系统5.10.1常见非线性环节5.10.2非线性增益补偿5.10.3非线性PID调节器6. 先进过程控制技术6.1预测控制6.1.1 简单预测控制6.1.2 模型预测控制6.1.3 动态矩阵控制6.1.4广义预测控制6.2自适应控制6.2.1 简单自适应控制6.2.2 变增益自适应控制6.2.3 模型参考自适应控制6.2.4 自校正控制6.3解耦控制6.3.1 系统间的关联6.3.2 解耦控制6.4模糊控制6.4.1 模糊逻辑基础6.4.2 模糊控制6.5神经网络控制6.5.1 神经网络概述6.5.2 神经网络控制6.6专家系统控制6.6.1 专家控制系统概述6.6.2 专家系统构造6.7 工业过程综合自动化系统6.7.1 综合自动化系统的组成结构6.7.2 综合自动化系统的特性6.7.3综合自动化系统的工业过程应用与发展趋势7. 典型过程单元控制7.1过程设备的位置控制7.1.1电机驱动位置控制7.1.2液压驱动位置控制7.2流体输送设备的控制7.2.1泵的控制7.2.2变频调速器的控制7.2.3压缩机的控制7.3传热设备的控制7.3.1传热设备的稳态数学模型7.3.2一般传热设备的控制7.3.3传热设备的热焓与热量控制方案7.4工业炉窑的控制7.4.1玻璃炉窑的控制7.4.2燃烧式工业炉窑的控制7.4.3水泥炉窑的控制7.5化学反应器的控制7.5.1化学反应器的控制要求7.5.2化学反应器的热稳定性7.5.3化学反应器的基本控制策略7.5.4化学反应器的基本控制方案8. 典型工业流程转炉炼钢过程控制8.1转炉炼钢工艺与设备8.1.1转炉炼钢的原材料和设备8.1.2转炉炼钢冶炼过程概述8.1.3转炉炼钢的基本工艺制度8.1.4转炉炼钢的控制技术8.1.5 转炉炼钢的静态控制8.1.6 转炉炼钢的动态控制8.1.7 转炉炼钢的全自动控制8.2转炉模型计算机系统配置8.2.1 系统设计原则8.2.2 计算机控制系统结构8.2.3 系统结构说明8.2.4 系统软件配置8.2.5 硬件设备8.3 系统功能8.3.1 冶炼计划8.3.2 入炉物料浏览8.3.3 冶炼过程监控8.3.4 历史过程查询8.3.5 化学成分8.3.6 参数标准设定与调整8.3.7 物料概况浏览8.3.8 设备维护日志8.3.9 报表8.3.10 系统管理8.4转炉炼钢工艺模型8.4.1 转炉炼钢二级系统的模型概述8.4.2 转炉静动态模型流程8.4.3 冶炼过程监控8.4.4 转炉的静态模型8.4.5 静态模型建模原理8.4.6 静态模型建模步骤8.4.7 静态模型的变量8.4.8 静态模型建模的假设8.4.9 静态模型的建立8.4.10 静态模型的计算过程8.5转炉炼钢动态模型8.5.1 动态模型建模原理8.5.2 动态模型建模步骤8.5.3 动态模型的建立8.6转炉炼钢计算机过程控制8.6.1 转炉监控信息8.6.2 转炉静态模型计算流程8.6.3 转炉动态模型计算流程9. 典型工艺流程带钢热连轧过程控制9.1带钢热连轧概述9.1.1工艺简介9.1.2设置轧线过程计算机系统的目的9.1.3轧线过程计算机系统的控制范围9.1.4过程控制系统的特点9.2轧线过程计算机的系统结构和网络配置9.2.1硬件系统网络配置9.2.2软件平台9.3带钢热连轧过程控制主要功能9.3.1物料跟踪9.3.2初始数据的输入9.3.3轧辊磨损和热凸度模型9.3.4粗轧设定模型9.3.5 精轧设定模型9.3.6 精轧温度控制9.3.7 精轧厚度控制9.3.8 精轧板形控制9.3.9 卷取温度控制9.3.10 卷取机本体控制10. 基工业过程控制实践10.1简单过程控制系统10.2串级控制系统10.3比值控制系统10.4前馈控制系统10.5纯滞后系统10.6解耦控制系统10.7综合实例参考文献