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第1章 概论1

1.1 过程控制概况1

1.2 过程控制的发展2

1.3 目前的主要技术和发展方向5

1.4 思考题7

参考文献7

第2章 过程的数学模型9

2.1 过程动态特性的描述方法9

2.2 典型过程的动态特性10

2.2.1 自衡的非振荡环节10

2.2.2 自衡的振荡环节11

2.2.3 无自衡的非振荡环节11

2.2.4 具有反向特性的对象11

2.2.5 非线性环节12

2.3 控制系统其他环节的动态特性13

2.3.1 控制器的特性13

2.3.2 测量变送环节的特性14

2.3.3 执行器的特性14

2.4 过程控制系统的性能指标15

2.4.1 控制系统的过渡过程15

2.4.2 控制系统的性能指标15

2.5 思考题18

参考文献18

第3章 过程模型的建模方法19

3.1 过程模型的基本建模方法19

3.1.1 概述19

3.1.2 机理建模19

3.1.3 辨识建模21

3.1.4 “灰箱”建模23

3.1.5 辨识算法的分类23

3.2 非参数模型测试方法24

3.2.1 脉冲响应函数24

3.2.2 阶跃响应函数的辨识算法24

3.3 参数模型辨识算法25

3.3.1 最小二乘法的基本原理25

3.3.2 最小二乘法存在的问题和改进途径47

3.3.3 增广最小二乘法47

3.3.4 多步最小二乘法52

3.3.5 上述三种方法的比较59

3.4 传递函数模型辨识59

3.4.1 闭环系统辨识方法59

3.4.2 MPSEIVI方法对象模型辨识的求解过程61

3.5 回归分析建模法63

3.5.1 相关分析63

3.5.2 多元统计回归分析64

3.5.3 多元逐步回归方法68

3.5.4 主元分析法70

3.5.5 部分最小二乘法72

3.5.6 基于Chebyshev多项式的部分最小二乘法75

3.5.7 五种建模方法比较76

3.5.8 五种建模方法的源程序81

3.6 思考题113

参考文献114

第4章 单回路控制系统118

4.1 单回路控制系统的组成和分类118

4.1.1 单回路控制系统的组成118

4.1.2 单回路控制系统的分类119

4.2 单回路控制系统比例积分微分（PID）控制119

4.2.1 比例控制（P控制）119

4.2.2 比例积分控制（PI控制）120

4.2.3 比例积分微分控制（PID控制）121

4.3 单回路控制系统方案选择122

4.3.1 被控变量的选择122

4.3.2 操纵变量的选择122

4.4 单回路控制系统控制阀的选择127

4.4.1 控制阀口径大小的选择127

4.4.2 控制阀气开、气闭形式的选择127

4.4.3 控制阀流量特性的选择128

4.4.4 控制阀结构形式的选择129

4.5 单回路控制系统的整定和投运130

4.5.1 单回路控制系统整定的基本要求130

4.5.2 参数整定方法130

4.5.3 控制器参数的自整定132

4.5.4 控制系统的投运133

4.6 思考题134

参考文献134

第5章 复杂控制系统135

5.1 串级控制系统135

5.1.1 串级控制系统的组成135

5.1.2 副回路的特性136

5.1.3 系统的设计与实施137

5.1.4 串级控制系统的整定138

5.2 比值控制系统139

5.2.1 常见比值控制系统140

5.2.2 比值系数的计算143

5.2.3 比值控制方案的设计144

5.2.4 比值控制系统的参数整定145

5.3 均匀控制系统146

5.3.1 均匀控制问题的提出及特点146

5.3.2 均匀控制系统的结构形式148

5.3.3 均匀控制系统控制规律的选择149

5.3.4 均匀控制系统的参数整定149

5.3.5 其他需说明的问题150

5.4 分程控制系统151

5.4.1 概述151

5.4.2 分程控制的应用场合152

5.4.3 分程控制系统控制器参数的整定154

5.4.4 分程控制中两阀总流量特性的改善155

5.5 前馈控制系统156

5.5.1 概述156

5.5.2 典型前馈控制系统158

5.5.3 单纯静态前馈控制159

5.5.4 单纯动态前馈控制159

5.5.5 前馈-反馈控制159

5.5.6 前馈控制系统的参数整定161

5.6 选择性控制系统163

5.6.1 概述163

5.6.2 选择性控制系统的类型及应用164

5.6.3 选择性控制系统的设计166

5.6.4 抗积分饱和及其措施167

5.7 思考题169

参考文献170

第6章 计算机控制系统171

6.1 计算机控制系统的类型与算法171

6.1.1 类型171

6.1.2 算法173

6.2 集散控制系统（DCS）178

6.2.1 功能与特点178

6.2.2 硬件构成180

6.2.3 软件结构183

6.2.4 控制系统设计要素186

6.3 现场总线控制系统（FCS）187

6.3.1 功能与特点187

6.3.2 硬件构成188

6.3.3 软件结构188

6.4 安全仪表系统（SIS）189

6.4.1 功能与特点189

6.4.2 硬件构成190

6.4.3 软件结构191

6.4.4 控制系统设计要素192

6.5 计算机监控系统194

6.5.1 计算机监控系统类型194

6.5.2 监测控制系统的功能195

6.5.3 监测控制系统要求196

6.5.4 SCADA的硬件功能196

6.5.5 SCADA的软件平台197

6.5.6 SCADA的数据库198

6.5.7 SCADA的发展199

6.6 思考题201

参考文献201

第7章 先进控制202

7.1 先进PID控制202

7.1.1 模型PID控制202

7.1.2 大纯滞后过程控制205

7.1.3 自适应PID控制208

7.1.4 PID参数自整定产品或软件208

7.2 内模控制209

7.2.1 内模控制的基本概念209

7.2.2 实际内模控制器210

7.2.3 内模控制系统的稳定性分析211

7.2.4 IMC控制器的性能213

7.2.5 IMC-PID控制器的设计216

7.2.6 IMC-PID工程实现217

7.3 关联分析与解耦控制218

7.3.1 控制回路间的关联218

7.3.2 相对增益矩阵219

7.3.3 减少及消除耦合的方法221

7.3.4 解耦控制系统222

7.4 预测控制223

7.4.1 预测控制的基本原理224

7.4.2 模型输出预测225

7.4.3 常用控制算法226

7.4.4 预测控制的主要优点227

7.4.5 商品化预测控制软件228

7.4.6 Aspen DMCplus在乙烯装置上的应用230

7.5 模糊控制及应用232

7.5.1 模糊控制技术的发展及应用232

7.5.2 模糊控制器的原理233

7.5.3 建立模糊控制规则及进行模糊判决235

7.5.4 反模糊化236

7.5.5 模糊控制器的设计238

7.5.6 模糊控制的工业应用241

7.6 自适应控制242

7.6.1 概述242

7.6.2 最小方差控制243

7.6.3 自校正调节器算法245

7.6.4 自校正控制248

7.7 思考题249

参考文献250

第8章 在线优化控制253

8.1 优化控制253

8.1.1 优化控制的意义和必要性253

8.1.2 过程优化技术253

8.1.3 稳态实时优化256

8.1.4 动态实时优化——实时优化的新发展257

8.1.5 过程优化的描述258

8.1.6 优化算法的种类259

8.2 NLJ优化算法在过程在线优化控制中的应用260

8.2.1 NLJ优化算法概述260

8.2.2 在线优化应用示例262

8.3 思考题264

参考文献265

第9章 企业信息系统266

9.1 企业信息系统总体解决方案266

9.1.1 流程工业企业的信息特征266

9.1.2 流程工业企业信息化整体解决方案综合框架267

9.2 网络系统271

9.2.1 网络类型271

9.2.2 网络体系结构设计272

9.2.3 设备控制网络设计274

9.2.4 工程技术和经营管理子网设计275

9.2.5 主干网设计276

9.2.6 硬件选型276

9.2.7 软件配置277

9.3 数据库系统277

9.3.1 数据库基本概念277

9.3.2 数据库设计278

9.3.3 数据库设计的软件生命周期法279

9.3.4 数据库设计的一般步骤280

9.3.5 实时数据库282

9.4 ERP系统285

9.4.1 企业资源计划概念285

9.4.2 ERP核心管理思想287

9.4.3 ERP系统包含的模块288

9.5 MIS系统设计290

9.5.1 MIS的概念290

9.5.2 MIS的结构、特征291

9.5.3 MIS的划分291

9.5.4 MIS的开发292

9.6 MES系统设计293

9.6.1 企业MES概念293

9.6.2 企业MES的内容294

9.6.3 MES系统的定位模型与功能模块294

9.7 CIMS体系结构和系统建模方法296

9.7.1 CIMS的体系结构297

9.7.2 CIMS系统建模方法298

9.8 信息系统工程实施300

9.8.1 信息系统的详细设计301

9.8.2 信息系统的实施与测试302

9.9 思考题303

参考文献303

第10章 化工单元过程控制305

10.1 流体输送过程的控制305

10.1.1 离心泵的控制305

10.1.2 容积式泵的控制308

10.1.3 离心式压缩机的控制308

10.1.4 离心式压缩机的防喘振控制309

10.1.5 压缩机紧急停车系统313

10.1.6 长输管线的控制316

10.2 传热设备的控制316

10.2.1 传热设备的分类317

10.2.2 换热器的温度控制318

10.2.3 蒸汽加热器的温度控制319

10.2.4 冷凝冷却器的温度控制320

10.2.5 加热炉的温度控制320

10.3 精馏过程控制321

10.3.1 概述321

10.3.2 精馏塔被控变量的选取323

10.3.3 精馏塔的常规控制方案326

10.3.4 精馏塔的先进控制方案329

10.4 化学反应过程控制332

10.4.1 化学反应器的类型332

10.4.2 反应器的热稳定性分析334

10.4.3 化学反应器的常规控制方案337

10.4.4 反应器的新型控制方案340

10.5 间歇生产过程控制347

10.5.1 间歇生产过程概述347

10.5.2 间歇生产过程的特点348

10.5.3 间歇生产过程的控制350

10.5.4 间歇生产过程的操作和调度优化353

10.6 思考题357

参考文献358

第11章 炼油工业生产过程控制359

11.1 炼油工业概述359

11.2 常减压蒸馏生产过程控制360

11.2.1 加热炉的控制361

11.2.2 常压塔底液位非线性区域控制362

11.2.3 支路平衡控制363

11.2.4 常减压蒸馏装置的先进控制366

11.3 催化裂化生产过程控制370

11.3.1 反应-再生系统的控制371

11.3.2 主分馏塔的控制372

11.3.3 催化裂化先进控制实例372

11.4 催化重整生产过程控制375

11.4.1 原料预处理控制375

11.4.3 重整反应器控制376

11.4.3 重整反应器的先进控制378

11.5 延迟焦化生产过程控制381

11.5.1 延迟焦化装置的工艺特点381

11.5.2 焦化炉控制382

11.5.3 塔顶急冷温度控制382

11.5.4 焦炭塔切换扰动前馈控制383

11.5.5 延迟焦化装置的先进控制384

11.6 油品调合387

11.6.1 油品调合工艺387

11.6.2 油品调合控制388

11.7 思考题394

参考文献394

第12章 火力发电过程控制系统与分析396

12.1 锅炉设备的控制396

12.1.1 汽包水位控制396

12.1.2 蒸汽过热系统的控制396

12.1.3 锅炉燃烧过程的控制397

12.2 汽轮机控制398

12.3 汽轮机转速控制400

12.3.1 概况400

12.3.2 汽轮机转速控制401

12.4 机炉协调控制403

12.4.1 汽轮机控制系统对锅炉汽压对象动态特性的影响404

12.4.2 机炉协调控制系统407

12.4.3 自动发电控制409

12.4.5 AGC控制中的问题412

12.5 负荷频率控制413

12.5.1 概述413

12.5.2 负荷频率控制方法415

12.5.3 多区域互联电力系统的PI滑模负荷频率控制420

12.6 思考题421

参考文献421

第13章 制浆造纸过程控制423

13.1 纸浆连续蒸煮过程控制423

13.1.1 纸浆连续蒸煮的工艺过程423

13.1.2 蒸煮过程数学模型424

13.1.3 蒸煮过程工艺优化428

13.1.4 控制系统结构428

13.2 纸浆浓度控制432

13.2.1 制浆造纸过程432

13.2.2 浓度控制方案435

13.2.3 制浆-流送部浓度控制对象439

13.3 浆位模糊PID控制444

13.3.1 浆池液位的控制444

13.3.2 PID功能块444

13.3.3 模糊PID控制445

13.4 思考题451

参考文献451

第14章 啤酒、中药生产与水处理过程控制453

14.1 啤酒生产过程控制453

14.1.1 啤酒发酵过程控制技术概述453

14.1.2 啤酒发酵原理与过程453

14.1.3 啤酒发酵过程的温度压力控制455

14.1.4 啤酒生产发酵过程微机控制系统457

14.1.5 啤酒生产发酵过程现场总线控制系统459

14.2 中药生产过程控制463

14.2.1 中药生产过程工艺流程及控制463

14.2.2 提取工段控制466

14.2.3 浓缩工段控制471

14.3 水处理过程控制474

14.3.1 污水处理过程软测量474

14.3.2 污水处理厂自动控制系统477

14.3.3 污水处理过程DO模糊控制479

14.4 思考题484

参考文献484

附录486

附录A F分布值表486

附录B t分布表487