过程控制系统（第3版）

第1章 概述 （1）

1.1 过程控制的要求与任务 （1）

1.2 过程控制系统的组成与特点 （3）

1.2.1 过程控制系统的组成 （3）

1.2.2 过程控制系统特点 （5）

1.3 过程控制系统的性能指标 （6）

1.3.1 单项性能指标 （7）

1.3.2 综合性能指标 （7）

1.4 过程控制系统的设计 （8）

1.4.1 确定系统变量 （9）

1.4.2 确定控制方案 （10）

1.4.3 过程控制系统硬件选择 （10）

1.4.4 设计安全保护系统 （11）

1.4.5 系统调试和投运 （11）

1.5 过程控制的发展与趋势 （12）

1.5.1 过程控制装置的进展 （12）

1.5.2 过程控制策略的进展 （15）

本章小结 （15）

习题 （16）

第2章 被控过程的数学模型 （17）

2.1 过程模型概述 （17）

2.1.1 被控过程的动态特性 （17）

2.1.2 数学模型的表达形式与要求 （20）

2.1.3 建立过程数学模型的基本方法 （23）

2.2 机理法建模 （24）

2.2.1 单容对象的传递函数 （24）

2.2.2 多容对象的传递函数 （29）

2.3 测试法建模 （32）

2.3.1 对象特性的实验测定方法 （32）

2.3.2 测定动态特性的时域法 （33）

2.3.3 测定动态特性的频域法 （40）

2.4 利用MATLAB建立过程模型 （42）

本章小结 （48）

习题 （48）

第3章 执行器 （50）

3.1 气动调节阀的结构 （50）

3.1.1 气动执行机构 （50）

3.1.2 阀 （51）

3.1.3 阀门定位器 （52）

3.2 调节阀的流量系数 （53）

3.2.1 调节阀的流量方程 （53）

3.2.2 流量系数的定义 （54）

3.2.3 流量系数计算 （55）

3.3 调节阀结构特性和流量特性 （59）

3.3.1 调节阀的结构特性 （60）

3.3.2 调节阀的流量特性 （62）

3.3.3 调节阀的可调比 （66）

3.4 气动调节阀的选型 （68）

3.4.1 调节阀结构形式的选择 （69）

3.4.2 调节阀气开与气关形式的选择 （69）

3.4.3 调节阀流量特性的选择 （70）

3.4.4 调节阀口径的确定 （71）

3.5 利用MATLAB确定调节阀的口径 （78）

本章小结 （84）

习题 （84）

第4章 PID控制原理 （86）

4.1 PID控制的特点 （86）

4.2 比例控制（P控制） （87）

4.2.1 比例控制的调节规律和比例带 （87）

4.2.2 比例控制的特点 （88）

4.2.3 比例带对控制过程的影响 （90）

4.3 比例积分控制（PI控制） （92）

4.3.1 积分控制的调节规律 （92）

4.3.2 比例积分控制的调节规律 （94）

4.3.3 积分饱和现象与抗积分饱和的措施 （95）

4.4 比例积分微分控制（PID控制） （97）

4.4.1 微分控制的调节规律 （97）

4.4.2 比例微分控制的调节规律 （97）

4.4.3 比例微分控制的特点 （98）

4.4.4 比例积分微分控制的调节规律 （99）

4.5 数字PID控制 （100）

4.5.1 基本的数字PID控制算法 （101）

4.5.2 改进的数字PID控制算法 （102）

4.6 利用MATLAB实现PID控制规律 （104）

本章小结 （108）

习题 （109）

第5章 简单控制系统 （110）

5.1 简单控制系统的分析 （110）

5.1.1 控制系统的工作过程 （110）

5.1.2 简单控制系统的组成 （111）

5.1.3 简单离散控制系统的组成 （113）

5.2 简单控制系统的设计 （114）

5.2.1 被控变量和操作变量的选择 （114）

5.2.2 检测变送仪表的选择 （117）

5.2.3 控制器的选型 （119）

5.3 简单控制系统的整定 （123）

5.3.1 控制器参数整定的基本要求 （124）

5.3.2 PID控制器参数的工程整定 （125）

5.3.3 PID控制器参数的自整定 （133）

5.4 简单控制系统的投运 （135）

5.5 简单控制系统的故障与处理 （137）

5.6 利用MATLAB对简单控制系统进行仿真 （139）

5.6.1 利用MATLAB对PID控制器参数进行整定 （139）

5.6.2 利用Simulink对PID控制器参数进行自整定 （142）

本章小结 （146）

习题 （146）

第6章 串级控制系统 （148）

6.1 串级控制系统的基本概念 （148）

6.1.1 串级控制的提出 （148）

6.1.2 串级控制系统的组成 （151）

6.1.3 串级控制系统的工作过程 （151）

6.2 串级控制系统的分析 （153）

6.2.1 增强系统的抗干扰能力 （153）

6.2.2 改善对象的动态特性 （155）

6.2.3 对负荷变化有一定的自适应能力 （157）

6.3 串级控制系统的设计 （157）

6.3.1 副回路的选择 （158）

6.3.2 主、副回路工作频率的选择 （159）

6.3.3 主、副控制器的选型 （162）

6.4 串级控制系统的整定 （164）

6.4.1 逐步逼近法 （165）

6.4.2 两步整定法 （165）

6.4.3 一步整定法 （166）

6.5 串级控制系统的投运 （167）

6.6 利用MATLAB对串级控制系统进行仿真 （167）

本章小结 （173）

习题 （173）

第7章 补偿控制系统 （174）

7.1 补偿控制的原理 （174）

7.2 前馈控制系统 （175）

7.2.1 前馈控制的概念 （175）

7.2.2 前馈控制系统的结构 （176）

7.2.3 前馈控制系统的设计 （182）

7.2.4 前馈控制系统的整定 （186）

7.3 大迟延控制系统 （189）

7.3.1 大迟延系统的概述 （189）

7.3.2 大迟延控制系统的设计 （189）

7.4 利用MATLAB对补偿控制系统进行仿真 （194）

本章小结 （197）

习题 （198）

第8章 特殊控制系统 （199）

8.1 比值控制系统 （199）

8.1.1 比值控制的概念 （199）

8.1.2 比值控制系统的类型 （200）

8.1.3 比值控制系统的设计 （204）

8.1.4 控制器的选型和整定 （211）

8.2 均匀控制系统 （213）

8.2.1 均匀控制的概念 （213）

8.2.2 均匀控制系统的设计 （214）

8.2.3 均匀控制系统的整定 （217）

8.3 分程控制系统 （218）

8.3.1 分程控制的概念 （218）

8.3.2 分程控制系统的应用 （219）

8.3.3 分程控制系统的实施 （222）

8.4 自动选择性控制系统 （225）

8.4.1 自动选择性控制的概念 （225）

8.4.2 自动选择性控制系统的类型 （225）

8.4.3 控制器的选型和整定 （228）

8.5 顺序控制系统 （230）

8.5.1 顺序控制的概念 （230）

8.5.2 顺序控制组成 （230）

8.3.3 顺序控制的表示及设计方法 （231）

8.6 利用MATLAB对特殊控制系统进行仿真 （234）

本章小结 （238）

习题 （238）

第9章 解耦控制系统 （240）

9.1 解耦控制的基本概念 （240）

9.1.1 控制回路间的耦合 （240）

9.1.2 被控对象的典型耦合结构 （241）

9.2 解耦控制系统的分析 （242）

9.2.1 耦合程度的分析 （242）

9.2.2 相对增益分析法 （243）

9.2.3 减少及消除耦合的方法 （249）

9.3 解耦控制系统的设计 （251）

9.3.1 前馈补偿解耦法 （251）

9.3.2 反馈解耦法 （254）

9.3.3 对角阵解耦法 （255）

9.3.4 单位阵解耦法 （256）

9.4 解耦控制系统的实施 （257）

9.4.1 解耦控制系统的稳定性 （257）

9.4.2 多变量控制系统的部分解耦 （258）

9.4.3 解耦控制系统的简化 （258）

9.5 利用MATLAB对解耦控制系统进行仿真 （259）

本章小结 （263）

习题 （264）

第10章 计算机过程控制系统 （266）

10.1 计算机过程控制系统简介 （266）

10.2 计算机过程控制系统的组成 （267）

10.3 计算机过程控制系统的类型 （268）

10.4 先进过程控制方法 （273）

本章小结 （277）

习题 （277）

第11章 电厂锅炉设备的控制 （278）

11.1 火力发电厂工艺流程 （278）

11.2 锅炉给水控制系统 （279）

11.2.1 概述 （279）

11.2.2 给水系统的主被调参数、调节参数及控制方式 （280）

11.2.3 给水系统的对象特性 （281）

11.2.4 给水系统的控制方案 （283）

11.3 锅炉主蒸汽温度控制 （285）

11.3.1 概述 （285）

11.3.2 气温控制的被调参数和调节参数及对象特性 （285）

11.3.3 过热汽温控制基本方案 （287）

11.4 锅炉燃烧控制系统 （290）

11.4.1 燃烧控制的任务 （290）

11.4.2 燃烧系统的被调参数及控制参数 （291）

11.4.3 燃烧系统对象的动态特性 （291）

11.4.4 燃烧系统的控制方案 （293）

附录A 仪表位号 （297）

参考文献 （299）2100433B

本书系统地论述了过程控制系统的发展、组成、分类、性能指标，被控过程的数学模型及其获取方法，单回路控制系统的基本概念，串级控制系统的结构组成、工作原理，串级控制系统的方案设计，补偿控制原理和前馈控制的几种结构形式，大纯滞后生产过程的概念，常规控制方案的实现，预估补偿控制方案的设计与实现，比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择性控制系统的基本概念，系统设计与实现和参数整定，多变量解耦控制系统，计算机过程控制系统的组成与类型，直接数字控制系统的基本概念及组成、数字式PID控制算法及数字式PID的参数整定、先进控制策略的介绍，以及顺序控制系统、典型单元及生产过程的控制等多方面的内容。

《过程控制系统实训（第2版）》内容包括过程控制中常用的仪表控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统的构建和参数整定的实训项目，另外针对PKS集散控制的组态工具使用也进行了训练。实训课题的编写，侧重使学生掌握工厂过程控制系统操作、组态的基本技能，提高动手能力；同时本书对各种控制手段做了简要的技术上的介绍，使得本书也可适用于企业职工培训。

《过程控制系统实训（第2版）》可供相关院校自动化、仪表专业选用，也可供化工、石油化工企业仪表、自动控制培训使用。

绪论

项目一过程控制系统

任务一过程控制系统的组成

任务二过程控制系统的分类

任务三过渡过程和品质指标

一、自动控制系统的静态和动态

二、过渡过程的基本形式

三、控制系统品质指标

任务四过程控制系统基本控制规律

一、过程的位式控制

二、过程控制系统比例控制

三、过程控制系统积分控制及比例积分控制

四、过程控制系统微分控制及比例积分微分控制

任务五过程控制系统典型对象特性

一、过程控制系统的一阶对象

二、过程控制系统的积分对象

三、过程控制系统的时滞对象

四、过程控制系统的二阶对象

任务六对象特性对控制质量的影响

任务七被控对象特性测试实训

实训1实训系统简介

实训2单容水箱特性的测试实训

实训3双容水箱特性的测试实训

实训4锅炉内胆温度特性的测试实训

实训5电动调节阀流量特性的测试实训

思考题及习题

项目二简单控制系统

任务一简单控制系统基本内容

一、简单控制系统常用名词

二、过程控制系统被控变量与操纵变量的选择

三、过程控制系统控制规律的选取

四、过程控制系统调节阀的选择

任务二简单控制系统的方案实施

任务三简单控制系统工程整定

一、过程控制系统投运前的准备

二、过程控制系统的投运

三、调节器的参数整定及整定中应注意的问题

任务四简单控制系统实训

实训1单容水箱液位定值控制系统实训

实训2双容水箱液位定值控制系统实训

实训3电动调节阀支路流量定值控制系统实训

思考题及习题

项目三复杂控制系统

任务一串级控制系统

一、过程控制基本原理及结构

二、串级控制系统的主、副回路选择

三、串级控制系统的主、副调节器选择

四、串级控制系统特点及应用场合

五、串级控制系统的实施

六、串级控制系统的投运及参数整定

任务二比值控制系统

一、比值控制系统类型

二、比值系数的计算

三、比值控制系统的实施方案

四、比值控制系统的投运和参数的整定

任务三前馈控制系统

一、前馈控制系统的特点及主要结构形式

二、前馈控制系统应用

三、前馈控制系统的参数整定

任务四复杂控制系统实训

实训1下水箱液位和电动调节支路流量组成串级控制系统实训

实训2单闭环流量比值控制系统实训

实训3锅炉内胆水温的前馈反馈控制系统实训

思考题及习题

项目四集散控制系统

任务一集散控制系统出现的背景

任务二集散控制系统的组成及特点

一、集散系统的组成

二、集散控制系统的特点

任务三集散控制系统的集中操作管理装置

一、集中操作管理装置的功能与组成

二、集散控制系统的操作方式

三、集散控制系统的显示画面

任务四集散控制系统的现场分散控制装置

一、DCS的控制器

二、控制器的I/O模件

三、DCS常用的控制算法

任务五集散控制系统的通信系统

任务六DCS系统的故障诊断

一、DCS系统故障的分类

二、故障的分析诊断

任务七DCS集散控制系统的实训

实训1MACS实训系统认识

实训2双容液位定值控制系统实训

实训3锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统实训

实训4下水箱液位前馈反馈控制系统实训

思考题及习题

项目五Experion PKS过程知识系统任务一Experion PKSTM系统简介

任务二Experion PKSTM的基本系统组成及功能概述

任务三Experion PKSTM混合控制器结构描述

任务四输入输出系统

任务五安装PKS系统软件对计算机的硬件要求

任务六[DCS] Experion PKS 系统实训

实训1控制器组态工具 Control Builder

实训2操作站Station

实训3流程图组态工具HMI Web Display Builder

思考题及习题

项目六现场总线控制系统

任务一现场总线控制系统（FCS）的组成

任务二下位机软件中的硬件配置和程序结构

任务三上位机组态软件简介

任务四FCS现场总线控制系统的实训

实训1锅炉内胆水温定值控制实训

实训2水箱液位串级控制系统实训

思考题及习题

参考文献 2100433B

过程控制系统及工程（第四版）

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122360557

版次：4

商品编码：13141900

品牌：化学工业出版社

包装：平装

开本：16开

出版时间：2021-03-01

用纸：胶版纸

页数：275

正文语种：中文

内容简介

过程控制系统及工程（孙洪程）（第四版）

目录

第1篇过程控制系统

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12

1.4控制阀的选择12

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18

1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法19

1.5.1测量滞后的影响19

1.5.2信号传送滞后的影响20

1.5.3克服测量、传送滞后的办法21

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22

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24

1.6.3控制规律的选择25

1.7系统的关联及其消除方法26

1.7.1系统关联及其影响26

1.7.2分析系统关联的方法26

1.7.3削弱或消除系统间关联的方法29

1.8单回路系统的投运和整定29

1.8.1控制系统的投运30

1.8.2控制系统的整定31

本章思考题及习题36

第2章串级控制系统38

2.1串级控制系统概述38

2.2串级控制系统的实施41

2.2.1用电动Ⅲ型仪表构成串级控制方案41

2.2.2串级控制系统的实施42

2.3串级控制系统的投运和整定45

2.3.1串级控制系统的投运45

2.3.2串级控制系统的工程整定方法45

2.4串级控制系统的特点46

2.5串级系统副回路的设计51

本章思考题及习题58

第3章比值控制系统60

3.1比值控制系统概述60

3.2比值控制系统的类型60

3.2.1开环比值控制系统60

3.2.2单闭环比值控制系统60

3.2.3双闭环比值控制系统62

3.2.4其他类型的比值控制62

3.3比值系数的计算65

3.3.1流量与测量信号呈线性关系时的计算65

3.3.2流量与测量信号呈非线性关系时的计算66

3.4比值控制方案的实施67

3.4.1两类实施方案67

3.4.2比值控制方案实施举例68

3.4.3比值控制系统中非线性环节的影响70

3.4.4比值控制系统中的信号匹配问题72

3.5比值控制系统的投运与整定73

3.6比值控制系统的其他问题74

3.6.1流量测量中的压力、温度的校正74

3.6.2主、副流量的动态比值问题75

3.6.3具有逻辑规律的比值控制76

3.6.4副流量供料不足时的自动配比77

3.6.5主动量与从动量的选择78

本章思考题及习题79

第4章均匀控制系统81

4.1均匀控制问题的提出及特点81

4.2均匀控制方案82

4.2.1常用的几种结构形式82

4.2.2控制规律的选择84

4.2.3参数整定84

4.3均匀控制系统的理论分析85

4.4其他需要说明的问题87

4.4.1气体压力与流量的均匀控制87

4.4.2实现均匀控制的其他方法87

本章思考题及习题87

第5章前馈控制系统88

5.1前馈控制系统的特点88

5.2前馈控制系统的几种主要结构形式90

5.2.1单纯的前馈控制系统90

5.2.2前馈-反馈控制系统91

5.2.3前馈-串级控制系统92

5.3前馈控制规律的实施93

5.4前馈控制系统的应用95

5.5前馈控制系统的参数整定96

5.5.1Kf的整定97

5.5.2T1、T2的整定98

5.6多变量前馈控制99

5.6.1由工艺机理建立多变量前馈控制模型99

5.6.2以线性叠加为基础建立多变量前馈控制方程100

5.6.3多输入-多输出的多变量前馈控制系统101

本章思考题及习题104

第6章选择性控制系统106

6.1选择性控制系统概述106

6.2选择性控制系统的类型及应用107

6.2.1开关型选择性控制系统107

6.2.2连续型选择性控制系统108

6.2.3混合型选择性控制系统110

6.3选择性控制系统的设计111

6.4积分饱和及其防止措施112

6.4.1积分饱和的产生及其危害性112

6.4.2抗积分饱和措施114

本章思考题及习题114

第7章分程及阀位控制系统116

7.1分程控制系统116

7.1.1分程控制系统概述116

7.1.2分程控制的应用场合117

7.1.3分程控制系统控制器参数的整定120

7.1.4分程阀总流量特性的改善121

7.2阀位控制系统126

7.2.1阀位控制系统概述126

7.2.2阀位控制系统的应用126

7.2.3阀位控制系统的设计及整定128

本章思考题及习题129

第8章非线性控制系统132

8.1线性过程的非线性控制132

8.1.1液位的非线性控制132

8.1.2线性过程的其他非线性控制134

8.2非线性过程的非线性控制135

8.2.1pH控制过程的非线性控制136

8.2.2反应器的非线性控制137

本章思考题及习题138

第9章新型控制系统139

9.1纯滞后补偿控制系统139

9.1.1纯滞后补偿原理139

9.1.2纯滞后补偿控制的效果139

9.1.3史密斯补偿的实现140

9.2按计算指标及推断控制系统142

9.2.1按计算指标的控制系统142

9.2.2推断控制系统146

9.3解耦控制系统149

9.3.1关联系统解耦条件150

9.3.2解耦控制方案151

9.3.3解耦控制应用实例154

9.4预测控制系统155

9.4.1模型算法控制(MAC)156

9.4.2动态矩阵控制157

本章思考题及习题160

第2篇过程控制工程

第10章流体输送设备的控制163

10.1泵的常规控制164

10.1.1离心泵的控制方案164

10.1.2容积式泵的控制方案167

10.2压缩机的常规控制方案167

10.3离心式压缩机的防喘振控制168

10.3.1喘振现象及原因168

10.3.2防喘振控制系统170

10.3.3压缩机串、并联运行及防喘振控制174

10.4压缩机紧急停车系统175

10.5长输管线的控制179

本章思考题及习题181

第11章传热设备的控制183

11.1传热设备概述183

11.1.1传热设备的类型183

11.1.2传热设备的控制要求184

11.2传热设备的特性184

11.2.1传热设备的静态特性184

11.2.2传热设备的动态特性186

11.3一般传热设备的控制188

11.3.1换热器的控制188

11.3.2蒸汽加热器的控制189

11.3.3冷凝冷却器的控制190

11.4锅炉设备的控制191

11.4.1锅炉设备概述191

11.4.2锅炉汽包水位的控制192

11.4.3蒸汽过热系统的控制197

11.4.4锅炉燃烧过程的控制198

11.5加热炉的控制202

11.5.1采用压力平衡式控制阀(浮动阀)的控制202

11.5.2特殊温度-流量串级控制系统203

11.6蒸发器的控制203

11.6.1蒸发器产品浓度的控制203

11.6.2蒸发器其他相关参数的控制205

本章思考题及习题205

第12章精馏塔的控制207

12.1精馏塔概述207

12.1.1精馏原理207

12.1.2精馏塔的主要干扰因素207

12.1.3精馏塔的控制要求207

12.2精馏塔的特性208

12.2.1精馏塔的静态特性208

12.2.2精馏塔的动态特性209

12.3精馏塔被控变量的选择211

12.3.1采用产品成分作为直接质量指标211

12.3.2采用温度作为间接质量指标211

12.3.3用压力补偿的温度参数作为间接指标212

12.4精馏塔的整体控制方案214

12.4.1传统的物料平衡控制214

12.4.2质量指标反馈控制214

12.4.3按两端质量指标控制216

12.4.4串级、均匀、比值、前馈等控制系统在精馏塔中的应用217

12.4.5精馏塔塔压的控制218

12.5精馏塔的新型控制方案220

12.5.1内回流、热焓控制220

12.5.2解耦控制220

12.5.3推断控制221

12.5.4精馏塔的节能控制221

12.5.5精馏塔的最优控制224

本章思考题及习题226

第13章化学反应器的控制228

13.1化学反应器概述228

13.1.1化学反应器的类型228

13.1.2化学反应器的控制要求229

13.2反应器的特性230

13.3反应器的热稳定性分析231

13.3.1反应器静态工作点的热稳定性232

13.3.2开环不稳定、闭环稳定的条件233

13.4反应器的基本控制方案234

13.4.1反应器的温度控制234

13.4.2反应器的进料流量控制238

13.4.3反应器的压力控制239

13.5反应器的新型控制方案239

13.5.1聚合釜的温度-压力串级控制系统239

13.5.2具有压力补偿的反应釜温度控制239

13.5.3变换炉的最优控制240

13.5.4连续搅拌槽反应器的自适应控制241

13.5.5乙烯裂解炉的先进控制242

本章思考题及习题245

第14章间歇生产过程控制247

14.1间歇生产过程的特点248

14.1.1不连续性248

14.1.2非稳态248

14.1.3不确定性248

14.1.4共享资源处理248

14.1.5配方（Recipe）及其管理249

14.2间歇生产过程的控制250

14.2.1间歇生产过程的控制要求250

14.2.2间歇过程的控制功能251

14.2.3间歇过程的控制模型253

14.2.4间歇过程的控制表述方式254

14.2.5间歇过程的安全联锁系统254

14.2.6间歇过程控制系统的选型254

14.3间歇生产过程的操作和调度优化255

14.3.1间歇生产过程的优化操作255

14.3.2间歇生产过程的调度优化255

本章思考题及习题258

第15章工程图例符号与P&ID图259

15.1自动化工程中若干基本概念259

15.1.1关于“控制系统”的概念259

15.1.2自动化工程的概念259

15.1.3过程自动化工程中的控制方式259

15.1.4自控方案与P&ID图260

15.2自动化专业的工程图例符号260

15.2.1图形符号260

15.2.2位号262

15.2.3信号线263

15.3图形符号应用与P&ID图264

15.3.1图形符号应用264

15.3.2P&ID图272

本章思考题及习题274

参考文献275 2100433B