过程装备控制技术及应用

　　本书结合控制基础、控制技术和控制工程的一体化知识体系，介绍了过程控制基础知识（含控制系统基础、控制建模基础、检测技术基础等）、过程控制主体知识（含检测技术和控制系统）、控制工程应用案例的内容。全书知识点递进关系清晰：控制基础―检测技术―控制建模―简单控制―复杂控制―先进控制―计算机控制―过程案例应用，各章给出思考和练习，适合教学使用。全书逻辑清楚、内容详尽、实用性强，适合过程装备与控制工程等相关专业本科生使用。

　　李晶，博士，教授，长春理工大学机电工程学院系主任，毕业于吉林化工学院。中国化工学会化工机械专业委员。主持***、省部级项目多项，发表研究论文30余篇。

第1章 过程控制基础 1
1．1 生产过程控制 1
1．1．1 过程工业的特点 1
1．1．2 生产过程控制主要任务 1
1．1．3 生产过程控制主要内容与控制目标 2
1．2 过程控制进展 3
1．2．1 过程控制装置的进展 3
1．2．2 过程控制策略与算法的进展 4
1．3 过程控制系统组成和特点 4
1．3．1 过程控制系统组成 4
1．3．2 过程控制系统特点 7
1．4 过程控制系统分类 8
1．4．1 按给定值的特点划分 8
1．4．2 按系统输出信号对操纵变量影响划分 9
1．4．3 按系统的复杂程度划分 9
1．4．4 按系统克服干扰的方法划分 10
1．5 过程控制系统过渡过程及其性能指标 11
1．5．1 控制系统的过渡过程 11
1．5．2 控制系统的性能指标 13
思考与练习 14
第2章 过程检测技术 16
2．1 检测概述 16
2．1．1 检测的基本方法 16
2．1．2 测量误差与分类 17
2．1．3 检测仪表与系统 18
2．1．4 检测性能指标 19
2．1．5 检测仪表的分类 20
2．2 温度检测 21
2．2．1 概述 21
2．2．2 热电偶及测温原理 22
2．2．3 热电阻及测温原理 26
2．2．4 应用案例 27
2．3 压力检测 29
2．3．1 概述 29
2．3．2 液柱式压力检测 30
2．3．3 弹性式压力检测 31
2．3．4 电容式压力检测 31
2．3．5 应变式压力检测 32
2．3．6 应用案例 33
2．4 流量检测 35
2．4．1 概述 35
2．4．2 节流式流量检测 36
2．4．3 电磁式流量检测 38
2．4．4 容积式流量检测 38
2．4．5 变面积式流量检测 39
2．4．6 应用案例 40
2．5 液位检测 41
2．5．1 概述 41
2．5．2 静压式液位计 42
2．5．3 浮力式液位计 43
2．5．4 电容式液位计 44
2．5．5 超声波式液位计 45
2．5．6 应用案例 46
2．6 成分检测 46
2．6．1 概述 46
2．6．2 热导式检测技术 47
2．6．3 热磁式检测技术 49
2．6．4 红外式成分检测 50
2．6．5 色谱分析方法 52
2．6．6 应用案例 55
2．7 检测信号变换技术 55
2．7．1 信号变换的基本形式 55
2．7．2 常见信号间的变换 58
思考与练习 64
第3章 过程控制系统建模 66
3．1 被控过程的数学模型与建立 66
3．1．1 过程的数学模型 66
3．1．2 过程建模的目的与要求 67
3．1．3 过程建模的方法 68
3．2 机理法建模 69
3．2．1 基本思路 69
3．2．2 单容对象的数学模型 69
3．2．3 多容对象的数学模型 71
3．3 测试法建模 74
3．3．1 对象特性的实验测定方法 74
3．3．2 测定动态特性的时域法 75
3．3．3 测定动态特性的频域法 81
思考与练习 83
第4章 简单控制系统 84
4．1 简单控制系统组成 84
4．2 简单控制系统设计 85
4．2．1 被控变量和操控变量的选择 85
4．2．2 变送器及其选择基本要求 86
4．2．3 控制器及控制规律的选择 90
4．2．4 执行器（调节阀）的选择 107
4．3 简单控制系统的参数整定 113
4．3．1 经验整定法 113
4．3．2 临界比例度法 114
4．3．3 衰减曲线法 115
4．4 控制系统的投运 116
4．5 简单控制系统设计案例 117
思考与练习 118
第5章 复杂控制系统 120
5．1 串级控制系统 120
5．1．1 基本原理和结构 120
5．1．2 串级控制系统的特点 121
5．1．3 串级控制系统的设计 122
5．1．4 控制器参数整定 124
5．1．5 应用案例 124
5．2 比值控制系统 128
5．2．1 比值控制原理和结构 128
5．2．2 比值系数的计算 130
5．3 均匀控制系统 131
5．3．1 均匀控制的提出 131
5．3．2 均匀控制系统的分类 132
5．3．3 控制规律的选择及参数整定 134
5．4 前馈控制系统 135
5．4．1 基本原理 135
5．4．2 前馈控制系统的主要结构形式 135
5．4．3 采用前馈控制系统的条件 136
5．5 选择性控制系统 136
5．6 分程控制系统 138
5．6．1 基本概念 138
5．6．2 分程控制的应用 138
思考与练习 140
第6章 先进过程控制系统 142
6．1 模糊控制 142
6．1．1 模糊集合 142
6．1．2 模糊关系 146
6．1．3 模糊推理 150
6．1．4 模糊控制器原理及设计 154
6．2 预测控制 157
6．2．1 预测控制的基本原理 157
6．2．2 预测控制工业应用 158
6．3 自适应控制 158
6．3．1 自校正控制系统 159
6．3．2 模型参考自适应控制系统 159
6．4 神经网络控制 160
6．4．1 神经元模型 160
6．4．2 人工神经网络 161
6．4．3 神经网络在控制中的应用 161
6．5 鲁棒控制 162
6．6 故障检测诊断和容错控制 163
6．6．1 故障检测诊断 163
6．6．2 容错控制 164
6．7 解耦控制 164
6．7．1 耦合现象的影响与分析 164
6．7．2 解耦控制方法 165
思考与练习 166
第7章 过程计算机控制系统 168
7．1 过程计算机控制系统基本概念 168
7．2 过程计算机控制系统组成 169
7．2．1 硬件组成 169
7．2．2 软件组成 171
7．3 过程计算机控制系统分类 171
7．3．1 数据采集和监视系统 172
7．3．2 直接数字控制系统 172
7．3．3 监督控制系统 173
7．3．4 分布式控制系统 173
7．3．5 现场总线控制系统 174
7．4 过程计算机控制系统设计方法 175
7．4．1 连续域设计-离散化方法 175
7．4．2 直接数字域（离散域）设计 176
7．5 过程计算机控制系统发展概况及趋势 176
7．5．1 发展概况 176
7．5．2 发展趋势 177
思考与练习 179
第8章 典型过程单元控制方案 180
8．1 流体输送设备的控制 180
8．1．1 泵的控制 180
8．1．2 压缩机的控制 183
8．1．3 变频调速器的应用 184
8．1．4 防喘振控制系统 185
8．2 传热设备的控制 186
8．2．1 传热设备的静态数学模型 186
8．2．2 一般传热设备的控制 187
8．2．3 管式加热炉的控制 189
8．3 锅炉设备的控制 191
8．3．1 锅炉汽包水位的控制 192
8．3．2 锅炉燃烧系统的控制 195
8．3．3 蒸汽过热系统的控制 197
8．4 精馏塔的控制 198
8．4．1 精馏塔的控制要求 198
8．4．2 精馏塔的扰动分析 199
8．4．3 精馏塔被控变量的选择 200
8．4．4 精馏塔的控制方案 202
8．4．5 精馏塔的先进控制 204
8．5 石油化工过程的控制 209
8．5．1 常减压过程的控制 209
8．5．2 催化裂化的过程控制 212
8．5．3 乙烯生产过程的控制 215
8．5．4 聚合过程的控制 217
8．6 生化过程的控制 222
8．6．1 常用生化过程控制 223
8．6．2 青霉素发酵过程控制 225
8．6．3 啤酒发酵过程控制 226
8．7 造纸过程的控制 227
8．7．1 纸浆浓度的控制 227
8．7．2 纸料配浆的比值控制 228
8．7．3 磨浆机的控制 229
8．7．4 白水回收控制 230
8．8 冶金过程的控制 230
8．8．1 高炉炼铁生产过程的控制 231
8．8．2 转炉炼钢过程的控制 232
8．8．3 初轧生产过程的控制 234
附录A 热电偶的分度表 236
附录B 主要热电偶的参考函数和逆函数 249
附录C 压力单位换算表 252
附录D 节流件和管道常用材质的热膨胀系数 253
参考文献 254