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1 自动控制系统概述1

1.1 自动化及仪表发展状况1

1.2 自动控制系统2

1.2.1 自动控制系统2

1.2.2 闭环控制与开环控制4

1.2.3 自动控制系统的组成及方框图4

1.2.4 自动控制系统的分类6

1.3 自动控制系统的过渡过程及品质指标8

1.3.1 静态与动态8

1.3.2 自动控制系统的过渡过程8

1.3.3 自动控制系统的品质指标9

思考题与习题111

2 过程特性12

2.1 过程特性的类型12

2.2 过程的数学描述14

2.3 过程特性的一般分析15

2.3.1 放大系数K16

2.3.2 时间常数T17

2.3.3 纯滞后τ18

2.4 过程特性参数的实验测定方法19

思考题与习题220

3 检测变送22

3.1 概述22

3.1.1 测量误差23

3.1.2 仪表性能指标23

3.2 温度检测25

3.2.1 温度检测方法25

3.2.2 热电偶26

3.2.3 热电阻29

3.2.4 热电偶、热电阻的选用30

3.3 流量检测31

3.3.1 流量检测的主要方法31

3.3.2 速度式流量计32

3.3.3 容积式流量计36

3.3.4 质量流量计36

3.3.5 流量仪表的选用38

3.4 压力检测39

3.4.1 压力单位和压力检测方法39

3.4.2 常用压力检测仪表41

3.4.3 压力表的选用44

3.5 物位检测44

3.5.1 物位检测方法45

3.5.2 常用物位检测仪表45

3.5.3 物位检测仪表的选用50

3.6 成分和物性参数检测50

3.6.1 成分和物性参数检测方法51

3.6.2 成分、物性检测的静态特性56

3.6.3 成分、物性检测的动态特性57

3.7 其他变量检测57

3.7.1 位移量检测58

3.7.2 转速检测59

3.7.3 振动检测60

3.7.4 厚度检测60

3.7.5 火焰检测60

3.7.6 重量检测60

3.8 变送器61

3.8.1 变送器量程迁移和零点迁移62

3.8.2 温度变送器63

3.8.3 差压变送器66

3.8.4 智能变送器70

3.9 现代传感器技术的发展73

思考题与习题375

4 显示仪表76

4.1 模拟式显示仪表77

4.1.1 电子电位差计77

4.1.2 电子自动平衡电桥79

4.2 数字式显示仪表80

4.2.1 数显仪表的分类80

4.2.2 数显仪表的主要技术指标80

4.2.3 数显仪表的基本组成80

4.2.4 数字模拟混合记录仪82

4.3 新型显示仪表82

4.3.1 显示仪表发展动态82

4.3.2 无纸记录仪83

4.3.3 虚拟显示仪表84

思考题与习题484

5 执行器85

5.1 执行机构86

5.1.1 气动执行机构86

5.1.2 电动执行机构88

5.2 控制阀88

5.2.1 控制阀结构88

5.2.2 控制阀类型89

5.3 气动薄膜控制阀的流量特性90

5.3.1 理想流量特性91

5.3.2 工作流量特性92

5.3.3 动态特性93

5.4 控制阀口径的确定94

5.4.1 控制阀流量系数kv的计算94

5.4.2 控制阀口径的确定94

5.5 阀门定位器94

5.5.1 电-气阀门定位器95

5.5.2 阀门定位器作用95

5.6 气动薄膜控制阀的选用96

5.6.1 控制阀结构形式及材质的选择96

5.6.2 控制阀流量特性的选择98

5.6.3 气动薄膜控制阀的安装使用98

5.7 数字阀和智能控制阀99

5.7.1 数字阀99

5.7.2 智能控制阀100

思考题与习题5100

6 控制器101

6.1 控制器概述101

6.2 控制器的基本控制规律102

6.2.1 连续PID控制算法103

6.2.2 离散PID控制算法111

6.3 模拟式控制器113

6.3.1 模拟式控制器基本结构113

6.3.2 DDZ-Ⅲ型电动单元控制器113

6.4 数字式控制器115

6.4.1 数字式控制器主要特点115

6.4.2 数字式控制器的基本构成116

6.4.3 KMM控制器119

6.5 可编程序控制器130

6.5.1 可编程序控制器概述130

6.5.2 可编程序控制器的工作原理132

6.5.3 可编程序控制器的编程135

6.5.4 可编程序控制器系统应用示例138

6.6 集散控制系统140

6.6.1 集散控制系统发展概况140

6.6.2 集散控制系统特点141

6.6.3 集散控制系统的硬件和软件142

6.6.4 TPS系统简介143

6.6.5 TPS系统应用举例147

6.7 现场总线控制系统152

6.7.1 现场总线系统的特点153

6.7.2 现场总线系统的发展153

6.7.3 基金会现场总线154

6.7.4 现场总线控制系统的应用156

思考题与习题6159

7 简单控制系统160

7.1 控制系统的组成160

7.2 简单控制系统的设计161

7.2.1 控制系统设计概述161

7.2.2 被控变量的选择162

7.2.3 操纵变量的选择162

7.2.4 控制规律及控制器作用方向的选择162

7.2.5 执行器（气动薄膜控制阀）的选择164

7.3 简单控制系统的参数整定165

7.3.1 经验整定法165

7.3.2 临界比例度法166

7.3.3 衰减曲线法167

7.4 控制系统的投运167

7.5 简单控制系统设计案例168

思考题与习题7169

8 复杂控制系统171

8.1 串级控制系统171

8.1.1 串级控制系统的基本原理和结构171

8.1.2 串级控制系统的特点172

8.1.3 串级控制系统的设计173

8.1.4 串级控制系统控制器参数的整定175

8.2 比值控制系统175

8.2.1 基本原理和结构175

8.2.2 比值系数的计算176

8.3 均匀控制系统177

8.3.1 均匀控制系统的基本原理和结构177

8.3.2 均匀控制系统的控制规律的选择及参数整定179

8.4 前馈控制系统179

8.4.1 基本原理179

8.4.2 前馈控制的主要结构形式180

8.4.3 采用前馈控制系统的条件180

8.5 选择性控制系统181

8.6 分程控制系统182

8.6.1 不同工况需要不同的控制手段182

8.6.2 扩大控制阀的可调范围182

思考题与习题8182

9 先进控制技术184

9.1 基于模型的预测控制184

9.1.1 预测控制的基本原理185

9.1.2 预测控制的优良性质186

9.1.3 预测控制的应用186

9.2 推断控制186

9.3 软测量技术188

9.3.1 机理分析与辅助变量的选择188

9.3.2 数据采集和处理189

9.3.3 软测量模型的建立189

9.3.4 软测量模型的在线校正190

9.3.5 软测量技术工业应用190

9.4 双重控制系统190

9.5 纯滞后补偿控制系统191

9.5.1 史密斯预估补偿控制191

9.5.2 史密斯预估补偿控制实施中若干问题192

9.6 解耦控制系统192

9.6.1 系统的关联分析192

9.6.2 减少与解除耦合途径192

9.7 差拍控制系统194

9.7.1 差拍控制系统194

9.7.2 达林控制算法194

9.7.3 V.E．控制算法194

9.8 自适应控制195

9.8.1 简单自适应控制系统195

9.8.2 模型参考型自适应控制系统195

9.8.3 自校正控制系统196

9.9 鲁棒控制196

9.10 智能控制系统197

9.10.1 智能控制简介197

9.10.2 专家系统197

9.10.3 模糊逻辑控制198

9.10.4 神经网络控制199

9.11 故障检测诊断和容错控制200

9.11.1 故障检测和诊断200

9.11.2 容错控制201

9.12 综合自动化系统202

9.12.1 综合自动化的意义202

9.12.2 综合自动化系统的特点203

9.12.3 工业生产过程计算机集成控制系统的构成204

思考题与习题9205

10 生产过程控制206

10.1 流体输送设备的控制206

10.1.1 泵的控制206

10.1.2 压缩机的控制208

10.1.3 变频调速器的应用209

10.1.4 防喘振控制系统210

10.2 传热设备的控制211

10.2.1 传热设备的静态数学模型211

10.2.2 一般传热设备的控制212

10.2.3 管式加热炉的控制214

10.3 锅炉设备的控制215

10.3.1 锅炉汽包水位的控制216

10.3.2 锅炉燃烧系统的控制218

10.3.3 蒸汽过热系统的控制220

10.4 工业窑炉过程的控制221

10.4.1 电热式工业窑炉控制221

10.4.2 燃烧式工业窑炉控制222

10.5 精馏塔的控制224

10.5.1 精馏塔的控制要求225

10.5.2 精馏塔的扰动分析226

10.5.3 精馏塔被控变量的选择226

10.5.4 精馏塔的控制228

10.5.5 精馏塔的先进控制230

10.6 化学反应器的控制234

10.6.1 化学反应器的控制要求234

10.6.2 化学反应器的基本控制策略235

10.6.3 化学反应器的基本控制235

10.7 合成氨过程的控制239

10.7.1 变换炉的控制239

10.7.2 转化炉水碳比控制239

10.7.3 合成塔的控制240

10.8 石油化工过程的控制242

10.8.1 常减压过程的控制242

10.8.2 催化裂化过程的控制244

10.8.3 乙烯生产过程的控制247

10.8.4 聚合过程的控制249

10.9 生化过程的控制253

10.9.1 常用生化过程控制254

10.9.2 青霉素发酵过程控制255

10.9.3 啤酒发酵过程控制256

10.10 造纸过程的控制257

10.10.1 纸浆浓度的控制257

10.10.2 纸料配浆的比值控制258

10.10.3 磨浆机的控制259

10.10.4 白水回收控制260

10.11 转炉控制260

10.11.1 顶吹供氧控制系统260

10.11.2 底吹供气控制系统261

10.11.3 炉口微差压及煤气回收控制系统262

思考题与习题10263

附录1 自控工程设计字母代号264

附录2 部分热电偶、热电阻分度表265

参考文献269