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过程控制工程为自动控制学科的重要组成部分,是自动化专业学生的必修课程之一。本书是在原**规划教材《过程控制工程》(第三版)的基础上重新编写的。 全书共分12章,第1章为过程控制概论;第2~6章讲述常规控制技术,内容包括过程动态建模,PID单回路控制,前馈与比值控制,串级、均匀、选择与分程控制等;第7、8章为先进控制技术,内容包括关联分析与解耦设计、基于模型的控制方法等;第9章结合具体工程应用过程,详细讨论了过程控制系统的设计思想与实现方案;第10~12章为常用过程操作单元的控制方案,内容包括传热设备控制、精馏塔控制、化学反应过程控制等。 本书可作为高等院校自动化及相关专业高年级本科生或研究生的教材,也可供炼油、石油化工、化工、冶金、电力、轻工、环保等领域从事工业过程控制工程的技术人员参考。

1过程控制概论1 1.1控制系统的组成与目标1 1.1.1控制系统的由来1 1.1.2控制系统的组成3 1.1.3过程控制的术语与目标4 1.2控制仪表与控制装置5 1.2.1单元组合控制仪表5 1.2.2计算机控制装置6 1.3过程控制策略9 1.3.1反馈控制9 1.3.2前馈控制11 1.4反馈控制系统的分类12 1.5过程控制的任务和要求13 思考题与习题116 2过程动态特性17 2.1典型工业过程的动态特性17 2.1.1自衡过程17 2.1.2非自衡过程19 2.2机理建模方法21 2.2.1机理建模的步骤21 2.2.2常用的方程21 2.2.3机理建模举例26 2.3测量变送环节31 2.3.1关于测量误差31 2.3.2测量信号的处理32 2.4控制阀32 2.4.1控制阀概述32 2.4.2流量特性和阀门增益33 2.4.3流量特性的选择36 2.5广义对象及经验建模方法38 2.5.1广义对象的概念38 2.5.2经验建模的步骤39 2.5.3广义对象的测试法建模39 思考题与习题245 3反馈控制48 3.1控制系统的性能指标48 3.1.1以阶跃响应曲线的特征参数作为性能指标48 3.1.2偏差积分性能指标50 3.2三种常规的反馈控制模式51 3.2.1比例控制51 3.2.2比例积分控制52 3.2.3比例积分微分控制55 3.3PID控制器的选取与整定56 3.3.1控制器的选型56 3.3.2PID参数整定57 3.3.3PID参数自整定60 3.4单回路反馈控制系统的投运64 思考题与习题364 4前馈控制和比值控制65 4.1前馈控制系统65 4.1.1前馈控制的基本原理65 4.1.2前馈控制系统的特点67 4.2前馈控制系统的结构形式67 4.2.1静态前馈67 4.2.2动态前馈68 4.2.3前馈反馈控制69 4.2.4多变量前馈控制70 4.2.5用计算机实施前馈控制72 4.3比值控制系统73 4.3.1定比值控制74 4.3.2变比值控制76 4.3.3比值控制的实施77 4.3.4比值控制系统的设计与投运80 4.3.5比值控制系统中的若干问题81 思考题与习题483 5其他典型控制系统85 5.1串级控制系统85 5.1.1串级控制的概念及方框图描述85 5.1.2串级控制系统分析86 5.1.3串级控制系统设计87 5.1.4串级控制系统举例90 5.2均匀控制96 5.2.1均匀控制的由来96 5.2.2均匀控制的实现97 5.2.3均匀控制的控制器参数整定99 5.3选择性控制系统99 5.3.1用于设备软保护的选择性控制99 5.3.2其他选择性控制系统101 5.4分程控制系统和阀位控制系统103 5.4.1分程控制系统103 5.4.2阀位控制系统107 5.5非线性过程增益补偿108 5.5.1非线性过程的特点108 5.5.2非线性增益补偿方法111 5.5.3pH中和过程控制116 思考题与习题5122 6计算机控制系统125 6.1计算机控制系统概述125 6.2信号采集与处理127 6.2.1信号采集与变换127 6.2.2信号处理与数据滤波130 6.3数字PID控制算法133 6.3.1数字PID控制算式133 6.3.2数字PID改进算式134 6.3.3数字PID控制的实现137 6.4数字控制系统举例139 6.4.1DCS(Distributed Control System)概念139 6.4.2JX-300X系统结构140 6.4.3JX-300X系统软件144 思考题与习题6146 7多回路控制系统分析与设计147 7.1相对增益147 7.1.1相对增益的概念148 7.1.2相对增益矩阵的计算149 7.2耦合系统的变量配对与控制参数整定151 7.2.1耦合系统的变量配对151 7.2.2耦合多回路系统的控制参数整定153 7.3多回路系统的解耦设计157 7.3.1基于方块图的线性解耦器158 7.3.2基于过程机理的非线性解耦器163 思考题与习题7165 8基于模型的控制方法167 8.1史密斯预估控制167 8.1.1史密斯补偿原理167 8.1.2史密斯预估器的几种改进方案170 8.2内模控制171 8.2.1内模控制系统的结构与性质171 8.2.2内模控制器的设计方法172 8.2.3改进型内模控制系统173 8.3模型预测控制176 8.3.1模型预测控制的基本原理177 8.3.2SISO无约束动态矩阵控制178 8.3.3MIMO受约束动态矩阵控制181 8.3.4预测控制软件包简介183 8.4应用示范186 8.4.1Wood-Berry塔的预测控制仿真186 8.4.2工业应用实例187 思考题与习题8191 9过程控制系统方案设计192 9.1概论192 9.2连续放热反应釜的控制193 9.3处理废水的氯化消毒处理198 9.4烃类废气收集罐的压力控制201 思考题与习题9206 10传热设备的控制211 10.1传热设备的静态与动态特性211 10.1.1热量传递的三种方式211 10.1.2换热设备的结构类型213 10.1.3换热设备的静态特性213 10.1.4换热设备的动态特性215 10.2换热设备的控制217 10.2.1换热器的控制217 10.2.2蒸汽加热器的控制218 10.2.3冷凝冷却器的控制219 10.3加热炉的控制220 10.3.1加热炉的单回路控制方案221 10.3.2加热炉的串级控制方案222 10.4锅炉设备的控制225 10.4.1汽包水位的控制227 10.4.2燃烧系统的控制232 10.4.3蒸汽过热系统的控制235 思考题与习题10235 11精馏塔的控制238 11.1精馏塔的控制目标238 11.1.1质量指标238 11.1.2产品产量和能量消耗239 11.2精馏塔的静态特性和动态特性240 11.2.1精馏塔的静态特性240 11.2.2精馏塔的动态模型242 11.3精馏塔质量指标的选取247 11.3.1灵敏板的温度控制247 11.3.2温差控制248 11.3.3双温差控制248 11.4精馏塔的常用控制方案249 11.4.1物料平衡控制251 11.4.2精馏段质量指标控制255 11.4.3提馏段质量指标控制261 11.4.4两端质量指标控制263 11.5精馏塔的先进控制方案267 11.5.1内回流控制267 11.5.2产品质量的软测量与推断控制268 11.5.3精馏塔的节能控制270 思考题与习题11272 12化学反应过程控制274 12.1化学反应过程概述274 12.1.1化学反应器的类型274 12.1.2化学反应的基本规律276 12.2化学反应器的动态数学模型279 12.2.1基本动态方程式279 12.2.2反应器的热稳定性280 12.3反应器的基本控制方案282 12.3.1概述282 12.3.2反应器的温度控制283 12.3.3外围条件的稳定控制286 12.4典型反应器的控制方案设计288 12.4.1聚合反应釜的控制288 12.4.2合成氨过程的控制291 思考题与习题12297 参考文献298

戴连奎,浙江大学,教授,在教学方面,近十年来一直在讲授浙江大学控制系的本科专业核心课程《过程控制工程》,因讲课认真、思路活跃、实践经验丰富、加上风趣幽默,深受学生们的欢迎,该课程于2010年被评为浙江省省级精品课程。

在科研方面,一直在结合石油化工行业、从事过程在线分析与控制、光谱分析技术等方面的应用研究工作。作为项目负责人,已完成**“863”课题2项、省级课题2项,正在承担的**科研项目2项,涉及近红外光谱、激光拉曼光谱等分子光谱分析方法与应用技术。研究开发了我国首套在线拉曼分析系统,并应用于实际工业装置,已获得**发明专利多项,并在国内外学术期刊上发表论文50余篇。现任《化工自动化及仪表》和《自动化仪表》期刊编委,仪器仪表协会在线分析专业委员会委员。