绪论1

一、 生产过程自动化的发展概况和趋势1

二、 过程控制的任务和要求4

参考文献7

第一篇简单控制系统第一章生产过程的动态特性8

§11过程控制系统的性能指标8

§12被控对象的动态特性10

一、 基本概念10

二、 若干简单被控对象的动态特性11

三、 工业过程动态特性的特点19

§13过程数学模型及其建立方法22

一、 过程数学模型的表达形式与对

模型的要求22

二、 建立过程数学模型的两个基本方法23

三、 几个常用的经典辨识法24

第二章比例积分微分控制及其调节过程31

§21基本概念31

§22比例调节(P调节)33

一、 比例调节的动作规律，比例带33

二、 比例调节的特点，有差调节33

三、 比例带对于调节过程的影响34

§23积分调节(I调节)35

一、 积分调节动作规律35

二、 积分调节的特点，无差调节36

三、 积分速度对调节过程的影响36

§24比例积分调节(PI调节)37

一、 比例积分调节的动作规律37

二、 比例积分调节过程37

三、 积分饱和现象与抗积分饱和的措施39

§25比例积分微分调节(PID调节)42

一、 微分调节的特点42

二、 比例微分调节规律42

三、 比例微分调节的特点43

四、 比例积分微分调节规律44

第三章简单控制系统的整定46

§31控制系统整定的基本要求46

§32衰减频率特性法48

一、 衰减频率特性和稳定度判据48

二、 衰减频率特性法整定调节器参数50

§33工程整定法55

一、 动态特性参数法55

二、 稳定边界法57

三、 衰减曲线法57

§34调节器参数的自整定62

一、 极限环法63

二、 模式识别法65

第四章调节阀67

§41气动调节阀的结构67

一、 气动执行机构67

二、 阀67

三、 阀门定位器69

§42调节阀的流量系数70

一、 流量系数的定义及其物理意义70

二、 流量系数计算公式71

§43调节阀结构特性和流量特性75

一、 调节阀的结构特性76

二、 调节阀的流量特性77

§44气动调节阀选型82

一、 调节阀结构形式的选择82

二、 调节阀气开、气关形式的选择83

三、 调节阀流量特性的选择83

四、 调节阀口径的确定84

第一篇小结93

思考题与习题93

参考文献101第二篇复杂控制系统

第五章串级控制系统与比值控制系统103

§51串级控制系统的概念103

§52串级控制系统的分析108

§53串级控制系统设计和实施中

的几个问题112

一、 副回路的设计113

二、 主、副回路工作频率的选择114

三、 防止调节器积分饱和的措施116

§54调节器的选型和整定方法117

一、 逐步逼近法117

二、 两步整定法118

§55比值控制系统118

一、 比值系数的计算119

二、 比值系统中的非线性特性121

三、 比值系统的整定121

四、 常见比值控制系统122

第六章利用补偿原理提高系统的

控制品质124

§61概述124

§62前馈控制系统125

一、 基本概念125

二、 静态前馈控制127

三、 动态前馈控制129

四、 前馈反馈控制系统134

§63大迟延系统136

一、 概述136

二、 采用补偿原理克服大迟延的影响138

三、 史密斯预估器的几种改进方案140

§64非线性增益补偿系统145

一、 概述145

二、 对象静态非线性特性的补偿146

第七章解耦控制150

§71相对增益150

一、 相对增益的定义150

二、 求取相对增益的方法152

三、 相对增益矩阵特性156

§72耦合系统中的变量匹配和

调节参数整定159

一、 变量之间的配对159

二、 控制回路之间的耦合影响及其整定164

三、 回路间动态耦合的影响168

§73解耦控制系统的设计171

一、 前馈补偿法172

二、 对角矩阵法172

三、 单位矩阵法174

§74实现解耦控制系统的

几个问题175

一、 解耦系统的稳定性175

二、 部分解耦177

三、 解耦系统的简化178

第二篇小结179

思考题与习题183

参考文献186第三篇过程计算机控制系统

第八章直接数字控制系统189

§81直接数字控制系统的基本概念

及其组成189

§82信号采集、数字滤波及

数据处理190

一、 信号采集191

二、 数字滤波193

三、 数据处理195

§83DDC的PID算式196

一、 PID控制算式196

二、 PID控制算式的改进198

§84数字式PID调节参数的整定202

一、 扩充临界比例带法202

二、 扩充响应曲线法204

§85DDC应用举例205

一、 啤酒发酵过程对控制的要求205

二、 控制系统的组成205

三、 系统硬件206

四、 控制算法207

五、 控制效果209

第九章分布式控制系统210

§91概述210

§92分布式控制系统的分析212

一、 系统功能213

二、 系统组态215

三、 局部网络216

四、 数据通信218

§93分布式控制系统中的算法220

一、 监督控制层的算法220

二、 计划调度层的算法225

附录230

第三篇小结231

思考题与习题231

参考文献233第四篇典型装置的控制系统

第十章火力发电厂大型单元机组的

自动控制234

§101大型单元机组的生产过程

及其对控制的要求234

一、 单元机组的出力控制236

二、 锅炉燃烧过程的控制236

三、 锅炉汽包水位的控制236

四、 过热蒸汽的温度控制237

§102单元机组出力控制系统237

一、 锅炉跟踪方式237

二、 汽机跟踪方式238

三、 机炉协调方式238

四、 出力控制系统的实例239

§103燃烧过程的控制系统241

一、 汽压调节对象的动态特性241

二、 燃料量控制系统243

三、 送风控制系统246

四、 负压控制系统248

§104锅炉的给水控制系统249

一、 给水调节对象的动态特性249

二、 汽包水位的三冲量控制方案251

三、 三冲量控制系统的工程整定252

四、 汽包水位的串级控制系统254

§105蒸汽温度控制系统256

一、 汽温调节对象的动态特性256

二、 带有导前微分信号的汽温控制系统257

三、 双信号汽温调节器的整定258

四、 汽温串级控制系统259

五、 蒸汽温度控制实例260

第十一章精馏塔的自动控制262

§111精馏过程262

一、 精馏原理262

二、 连续精馏装置和流程264

三、 精馏塔的基本型式265

§112精馏塔的控制目标267

一、 质量指标267

二、 产品产量和能量消耗267

§113影响精馏过程的因素268

一、 全塔物料平衡268

二、 能量平衡269

三、 内部物料平衡270

四、 动态影响分析272

§114精馏塔质量指标的选取273

一、 灵敏板的温度控制273

二、 温差控制274

三、 双温差控制274

§115精馏塔的基本控制方案275

一、 按精馏段指标控制276

二、 按提馏段指标控制277

三、 按塔顶塔底两端质量指标控制278

§116精馏塔的内回流控制和

进料热焓控制279

一、 内回流控制279

二、 进料热焓控制280

§117精馏塔的节能控制281

一、 产品质量指标的“卡边”控制281

二、 采用前馈控制方案281

三、 浮动塔压控制方案282

结束语284

思考题与习题284

参考文献285第五篇高等过程控制系统

第十二章推理控制287

§121推理控制系统的组成287

一、 问题的提出287

二、 推理控制系统的组成288

三、 推理控制器的设计290

§122模型误差对系统性能的影响291

一、 扰动通道模型存在误差291

二、 控制通道模型存在误差292

三、 推理反馈控制系统293

§123输出可测条件下的推理控制294

一、 系统组成294

二、 模型误差对系统性能的影响294

三、 自适应推理控制296

四、 预测推理控制297

§124多变量推理控制298

一、 控制器的V规范型结构299

二、 V规范型控制器的设计301

三、 滤波阵的选择306

§125应用举例307

一、 应用实例307

二、 二次输出量的选择309

三、 控制作用的限幅309

思考题与习题310

参考文献310

第十三章预测控制312

§131概述312

§132预测控制的基本原理313

一、 内部模型313

二、 参考轨迹316

三、 控制算法316

§133预测控制方法的机理分析319

一、 内模控制结构法319

二、 状态空间表示法324

§134预测控制中的几个问题326

一、 系统的稳定性和鲁棒性326

二、 非最小相位系统中的预测控制328

三、 大迟延系统中的预测控制331

§135应用举例335

思考题与习题337

参考文献338

第十四章自适应控制339

§141概述339

一、 具有被控对象数学模型在线辨识

的自适应控制系统339

二、 参考模型自适应控制系统340

§142自校正控制341

一、 闭环可辨识的条件341

二、 自校正调节器343

三、 极点配置的自校正调节器350

四、 广义最小方差控制策略——自校正

控制器354

§143参考模型自适应控制系统356

一、 被控对象全部状态能直接获取的

自适应控制系统357

二、 根据对象输入输出设计参考模型

自适应控制系统360

思考题与习题366

参考文献366

第十五章多变量现代频域方法367

§151多变量系统的描述方法［1］367

§152稳定性定理370

§153逆奈氏阵列法372

一、 对角优势372

二、 稳定性判据373

三、 运用INA方法的一些问题374

§154关于INA方法中闭环

特性的讨论378

§155INA设计方法示例380

§156特征轨迹法383

一、 广义奈氏稳定性判据383

二、 互联作用384

三、 近似可交换控制器384

四、 设计方法和举例386

§157其它设计方法390

一、 并矢展开法390

二、 顺序回差法393

§158小结396

思考题与习题397

参考文献398