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第1章 过程控制系统概述1

1.1 过程控制系统组成及特点1

1.1.1 过程控制认识1

1.1.2 过程控制系统组成2

1.1.3 过程控制的特点4

1.2 过程控制系统分类及性能指标4

1.2.1 过程控制系统的分类4

1.2.2 过程控制的性能指标6

1.3 过程控制技术的发展9

1.3.1 过程控制仪表的发展9

1.3.2 计算机在过程控制中的应用及发展10

1.3.3 过程控制理论的发展11

1.3.4 我国过程控制技术的发展12

1.4 本课程的地位和任务12

1.4.1 本课程的地位12

1.4.2 本课程的任务13

1.4.3 过程控制的设计13

习题与思考题13

第2章 过程检测仪表15

2.1 检测仪表组成及接线方式15

2.1.1 检测仪表组成15

2.1.2 过程检测仪表的接线方式16

2.2 测量误差及处理17

2.2.1 测量误差的基本概念17

2.2.2 测量变送中的几个问题19

2.2.3 测量信号的处理19

2.3 安全防爆基础20

2.3.1 危险场所划分20

2.3.2 防爆安全栅21

2.4 温度检测22

2.4.1 接触式与非接触式测温22

2.4.2 热电偶23

2.4.3 热电阻25

2.4.4 集成式温度传感器27

2.4.5 接触式测温元件的选型与安装27

2.5 压力检测28

2.5.1 弹性式压力检测30

2.5.2 应变片式压力检测31

2.5.3 压阻式压力检测32

2.5.4 压力表的选择与安装32

2.6 流量检测33

2.6.1 容积式流量计34

2.6.2 节流式流量计35

2.6.3 浮子式流量计37

2.6.4 涡轮流量计38

2.6.5 漩涡（涡街）流量计39

2.6.6 电磁流量计39

2.6.7 超声波流量计40

2.6.8 质量流量计41

2.6.9 多相流体的流量测量42

2.7 物位测量42

2.7.1 浮力式液位测量42

2.7.2 静压式液位测量43

2.7.3 电容式物位测量44

2.7.4 超声波式物位测量44

2.7.5 雷达式物位测量45

2.7.6 核辐射式物位计46

2.7.7 光纤式液位测量46

2.7.8 多相界面的测量47

2.8 成分测量47

2.8.1 热导式气体成分测量48

2.8.2 红外式气体成分测量49

2.8.3 氧化锆氧量成分测量49

2.8.4 气相色谱成分测量50

2.8.5 工业电导仪51

2.8.6 工业酸度计52

2.8.7 浊度的检测53

2.9 过程控制中的软测量技术53

2.9.1 软测量技术53

2.9.2 软测量方法55

2.9.3 基于人工神经网络的软测量57

习题与思考题58

第3章 过程执行器60

3.1 调节阀60

3.1.1 电动执行机构61

3.1.2 气动执行机构62

3.1.3 调节阀的流通能力63

3.1.4 调节阀的流量特性64

3.1.5 调节阀的选择70

3.2 变频器73

3.2.1 变频器原理73

3.2.2 变频器在过程控制中的应用74

习题与思考题76

第4章 被控过程77

4.1 被控过程特性77

4.1.1 自衡过程与非自衡过程77

4.1.2 单容和多容过程78

4.1.3 振荡和非振荡过程79

4.1.4 具有反向特性的过程79

4.2 过程特性对控制品质的影响80

4.2.1 增益（放大系数）K的影响80

4.2.2 时间常数T的影响81

4.2.3 时滞τ的影响82

4.3 被控过程数学模型82

4.3.1 建立过程数学模型的目的83

4.3.2 过程数学模型的求取方法83

4.3.3 过程被控变量的选择84

4.3.4 过程输入变量的选择85

4.3.5 数学模型的无因次化85

4.4 过程建模86

4.4.1 机理建模86

4.4.2 时域法建模88

4.4.3 频域法建模92

4.4.4 最小二乘法建模93

习题与思考题96

第5章 常规过程控制策略98

5.1 开关控制98

5.1.1 可编程序逻辑控制器简介98

5.1.2 PLC在过程控制中的应用101

5.2 PID控制104

5.2.1 模拟式PID调节器105

5.2.2 数字式PID调节器106

5.2.3 改进的PID算法107

5.3 PID参数的整定109

5.3.1 参数整定原则109

5.3.2 参数整定方法110

5.4 PID调节器控制规律的选择112

5.4.1 根据过程特性选择调节器控制规律112

5.4.2 根据τo／To比值选择调节器控制规律112

5.4.3 控制器正／反作用选择112

5.5 过程控制系统的投运与维护113

习题与思考题114

第6章 先进过程控制策略116

6.1 内模控制116

6.1.1 理想内模控制器117

6.1.2 实际内模控制器117

6.2 模型预测控制120

6.2.1 模型预测控制的特点120

6.2.2 模型算法控制121

6.2.3 动态矩阵控制123

6.3 模糊控制127

6.3.1 模糊逻辑基础128

6.3.2 模糊控制系统131

6.3.3 模糊控制器设计133

6.4 神经网络控制136

6.4.1 神经网络概念136

6.4.2 神经网络控制139

6.5 专家控制142

6.5.1 专家系统概述142

6.5.2 专家控制系统143

6.5.3 专家控制器146

习题与思考题147

第7章 串级控制系统149

7.1 串级控制系统结构149

7.1.1 串级控制问题的提出149

7.1.2 串级控制系统结构151

7.2 串级控制系统分析152

7.2.1 减小了被控对象的等效时间常数152

7.2.2 提高了系统工作频率154

7.2.3 对负载变化具有一定的自适应能力155

7.3 串级控制系统设计155

7.3.1 设计原则155

7.3.2 主、副控制器选择159

7.3.3 串级控制系统的整定161

7.4 串级控制系统设计举例162

习题与思考题164

第8章 复杂过程控制系统166

8.1 前馈控制系统166

8.1.1 前馈控制的原理和特点166

8.1.2 前馈控制系统的结构形式168

8.1.3 前馈控制的应用169

8.2 时间滞后控制系统173

8.2.1 史密斯预估补偿方案173

8.2.2 采样控制方案174

8.3 解耦控制系统176

8.3.1 多变量系统中的耦合与解耦176

8.3.2 相对增益177

8.3.3 耦合系统的解耦设计方法183

8.3.4 解耦系统的简化186

8.4 比值控制系统187

8.4.1 单闭环比值控制187

8.4.2 双闭环比值控制187

8.4.3 变比值控制188

8.5 均匀控制系统190

8.6 超弛控制系统192

8.7 分程控制系统193

8.8 阀位控制系统196

习题与思考题197

第9章 计算机过程控制系统200

9.1 计算机过程控制系统的特点和构成200

9.1.1 计算机过程控制系统的特点200

9.1.2 计算机过程控制系统的发展趋势201

9.1.3 计算机过程控制系统的构成202

9.2 计算机过程控制系统的应用形式202

9.2.1 巡回检测与数据处理202

9.2.2 直接数字控制系统203

9.2.3 监督控制系统203

9.2.4 集散控制系统204

9.3 集散控制系统204

9.3.1 DCS的体系结构204

9.3.2 DCS的基本组成205

9.3.3 典型DCS简介209

9.4 基于PLC的监督控制与数据采集系统212

9.4.1 PLC-SCADA系统和DCS的比较213

9.4.2 组态软件214

9.4.3 基于Web的远程监控215

9.5 现场总线技术218

9.5.1 现场总线及其特点218

9.5.2 现场总线通信模型219

9.5.3 常见现场总线简介220

9.5.4 现场总线控制系统222

9.6 计算机信息集成技术223

9.6.1 计算机信息集成概述224

9.6.2 实时数据库与关系数据库的集成226

9.6.3 企业信息集成系统230

习题与思考题231

第10章 过程优化技术及应用232

10.1 过程优化概述232

10.1.1 过程优化基本概念232

10.1.2 过程优化的结构233

10.2 过程的实时优化问题235

10.2.1 实时优化问题的分类235

10.2.2 过程实时优化问题描述235

10.3 优化算法238

10.3.1 线性规划算法238

10.3.2 二次规划算法239

10.4 实时优化应用案例242

习题与思考题243

参考文献245

附录A 过程控制SAMA图246

附录B 过程控制仪表位号248

附录C 过程控制部分专业术语中英文对照表251