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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4

1.3.1 干扰通道特性对控制质量的影响5

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11

1.4　控制阀的选择11

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12

1.4.3　控制阀流量特性的选择13

1.4.4　控制阀结构形式的选择17

1.4.5　阀门定位器的选用17

1.5　测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法18

1.5.1　测量滞后的影响18

1.5.2　信号传送滞后的影响19

1.5.3　克服测量、传送滞后的办法20

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21

1.6.1　控制器参数对系统静态误差的影响22

1.6.2　控制器参数对系统动态误差的影响23

1.6.3　控制规律的选择24

1.7　系统的关联及其消除方法24

1.7.1　系统关联及其影响24

1.7.2　分析系统关联的方法24

1.7.3　削弱或消除系统间关联的方法27

1.8　单回路系统的投运和整定27

1.8.1　控制系统的投运28

1.8.2　控制系统的整定29

本章思考题及习题33

第2章　串级控制系统36

2.1　概述36

2.2　串级控制系统的实施39

2.2.1 用电动Ⅲ型、仪表构成串级控制方案39

2.2.2　串级控制系统的实施40

2.3　串级控制系统的投运和整定42

2.3.1　串级控制系统的投运42

2.3.2 串级控制系统的工程整定方法42

2.4　串级控制系统的特点43

2.5　串级系统副回路的设计48

本章思考题及习题55

第3章　比值控制系统57

3.1　概述57

3.2　比值控制系统的类型57

3.2.1　开环比值控制系统57

3.2.2　单闭环比值控制系统57

3.2.3　双闭环比值控制系统59

3.2.4　其他类型的比值控制59

3.3　比值系数的计算62

3.3.1 流量与测量信号呈线性关系时的计算62

3.3.2　流量与测量信号呈非线性关系时的计算63

3.4　比值控制方案的实施63

3.4.1　两类实施方案64

3.4.2　比值控制方案实施举例64

3.4.3 比值控制系统中非线性环节的影响67

3.4.4　比值控制系统中的信号匹配问题68

3.5　比值控制系统的投运与整定70

3.6　比值控制系统的其他问题70

3.6.1　流量测量中的压力、温度的校正70

3.6.2　主、副流量的动态比值问题71

3.6.3　具有逻辑规律的比值控制73

3.6.4　副流量供料不足时的自动配比73

3.6.5　主动量与从动量的选择74

本章思考题及习题74

第4章　均匀控制系统77

4.1 均匀控制问题的提出及特点77

4.2　均匀控制方案78

4.2.1 常用的几种结构形式78

4.2.2　控制规律的选择80

4.2.3 参数整定80

4.3 均匀控制系统的理论分析81

4.4 其他需要说明的问题83

4.4.1 气体压力与流量的均匀控制83

4.4.2 实现均匀控制的其他方法83

本章思考题及习题83

第5章　前馈控制系统84

5.1 前馈控制系统的特点84

5.2 前馈控制系统的几种主要结构形式85

5.2.1 单纯的前馈控制系统85

5.2.2 前馈-反馈控制系统87

5.2.3 前馈-串级控制系统88

5.3 前馈控制规律的实施89

5.4 前馈控制系统的应用90

5.5 前馈控制系统的参数整定92

5.5.1 Kf的整定92

5.5.2 T1、T2的整定93

5.6 多变量前馈控制94

5.6.1 由工艺机理建立多变量前馈控制模型95

5.6.2 以线性叠加为基础建立多变量前馈控制方程96

5.6.3 多输入-多输出的多变量前馈控制系统97

本章思考题及习题99

第6章　选择性控制系统101

6.1 概述101

6.2 选择性控制系统的类型及应用102

6.2.1 开关型选择性控制系统102

6.2.2 连续型选择性控制系统104

6.2.3 混合型选择性控制系统106

6.3 选择性控制系统的设计107

6.4　积分饱和及其防止措施108

6.4.1 积分饱和的产生及其危害性108

6.4.2　抗积分饱和措施109

本章思考题及习题109

第7章　分程及阀位控制系统111

7.1 分程控制系统111

7.1.1 概述111

7.1.2　分程控制的应用场合112

7.1.3 分程控制系统控制器参数的整定115

7.1.4 分程阀总流量特性的改善115

7.2　阀位控制系统120

7.2.1 概述120

7.2.2 阀位控制系统的应用121

7.2.3 阀位控制系统的设计及整定122

本章思考题及习题123

第8章　非线性控制系统126

8.1 线性过程的非线性控制126

8.1.1 液位的非线性控制126

8.1.2 线性过程的其他非线性控制128

8.2 非线性过程的非线性控制129

8.2.1　pH控制过程的非线性控制129

8.2.2　反应器的非线性控制131

本章思考题及习题132

第9章　新型控制系统133

9.1　纯滞后补偿控制系统133

9.1.1　纯滞后补偿原理133

9.1.2　纯滞后补偿控制的效果133

9.1.3　史密斯补偿的实现134

9.2　按计算指标及推断控制系统136

9.2.1　按计算指标的控制系统136

9.2.2　推断控制系统140

9.3　解耦控制系统143

9.3.1　关联系统解耦条件144

9.3.2　解耦控制方案144

9.3.3　解耦控制应用实例147

9.4　预测控制系统149

9.4.1　模型算法控制（MAC）149

9.4.2　动态矩阵控制151

本章思考题及习题153

第2篇　过程控制工程156

第10章　流体输送设备的控制156

10.1　泵的常规控制157

10.1.1　离心泵的控制方案157

10.1.2　容积式泵的控制方案159

10.2　压缩机的常规控制方案160

10.3　离心式压缩机的防喘振控制161

10.3.1　喘振现象及原因161

10.3.2　防喘振控制系统162

10.3.3　压缩机串、并联运行及防喘振控制167

10.4　压缩机紧急停车系统168

10.5　长输管线的控制172

本章思考题及习题174

第11章　传热设备的控制175

11.1　概述175

11.1.1　传热设备的类型175

11.1.2　传热设备的控制要求176

11.2　传热设备的特性176

11.2.1　传热设备的静态特性176

11.2.2　传热设备的动态特性178

11.3　一般传热设备的控制180

11.3.1　换热器的控制180

11.3.2　蒸汽加热器的控制181

11.3.3　冷凝冷却器的控制182

11.4　锅炉设备的控制183

11.4.1　概述183

11.4.2　锅炉汽包水位的控制184

11.4.3　蒸汽过热系统的控制189

11.4.4　锅炉燃烧过程的控制189

11.5　加热炉的控制193

11.5.1　采用压力平衡式控制阀（浮动阀）的控制193

11.5.2　特殊温度-流量串级控制系统194

11.6　蒸发器的控制194

11.6.1　蒸发器产品浓度的控制194

11.6.2　蒸发器其他相关参数的控制195

本章思考题及习题196

第12章　精馏塔的控制198

12.1 概述198

12.1.1 精馏原理198

12.1.2 精馏塔的主要干扰因素198

12.1.3　精馏塔的控制要求198

12.2 精馏塔的特性199

12.2.1 精馏塔的静态特性199

12.2.2 精馏塔的动态特性200

12.3　精馏塔被控变量的选择201

12.3.1 采用产品成分作为直接质量指标201

12.3.2 采用温度作为间接质量指标202

12.3.3 用压力补偿的温度参数作为间接指标202

12.4 精馏塔的整体控制方案205

12.4.1 传统的物料平衡控制205

12.4.2 质量指标反馈控制205

12.4.3　按两端质量指标控制207

12.4.4 串级、均匀、比值、前馈等控制系统在精馏塔中的应用208

12.4.5 精馏塔塔压的控制209

12.5 精馏塔的新型控制方案210

12.5.1 内回流、热焓控制211

12.5.2 解耦控制211

12.5.3 推断控制211

12.5.4　精馏塔的节能控制211

12.5.5 精馏塔的最优控制214

本章思考题及习题216

第13章　化学反应器的控制218

13.1 概述218

13.1.1 化学反应器的类型218

13.1.2 化学反应器的控制要求219

13.2　反应器的特性220

13.3 反应器的热稳定性分析221

13.3.1 反应器静态工作点的热稳定性222

13.3.2 开环不稳定、闭环稳定的条件222

13.4 反应器的基本控制方案224

13.4.1 反应器的温度控制224

13.4.2　反应器的进料流量控制227

13.4.3 反应器的压力控制227

13.5 反应器的新型控制方案228

13.5.1 聚合釜的温度-压力串级控制系统228

13.5.2 具有压力补偿的反应釜温度控制228

13.5.3　变换炉的最优控制229

13.5.4 连续搅拌槽反应器的自适应控制230

13.5.5 乙烯裂解炉的先进控制231

本章思考题及习题234

第14章　间歇生产过程控制236

14.1　间歇生产过程的特点237

14.1.1　不连续性237

14.1.2　非稳态237

14.1.3　不确定性237

14.1.4　共享资源处理237

14.1.5　配方（Recipe）及其管理238

14.2　间歇生产过程的控制239

14.2.1　间歇生产过程的控制要求239

14.2.2　间歇过程的控制功能239

14.2.3　间歇过程的控制模型242

14.2.4　间歇过程的控制表述方式242

14.2.5　间歇过程的安全联锁系统243

14.2.6　间歇过程控制系统的选型243

14.3　间歇生产过程的操作和调度优化243

14.3.1 间歇生产过程的优化操作243

14.3.2　间歇生产过程的调度优化244

本章思考题及习题247

参考文献248