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目录1

前言1

第1章 过程控制系统概述1

1.1 过程控制系统组成及特点1

1.1.1 过程控制认识1

1.1.2 过程控制系统组成2

1.1.3 过程控制的特点4

1.2 过程控制系统分类及性能指标5

1.2.1 过程控制系统的分类5

1.2.2 过程控制的性能指标7

1.3 过程控制技术的发展11

1.3.1 过程控制仪表的发展11

1.3.2 计算机在过程控制中的应用及发展12

1.3.3 过程控制理论的发展13

1.3.4 我国过程控制技术的发展14

1.4 本课程的地位和任务14

1.4.1 本课程的地位14

1.4.2 本课程的任务15

1.4.3 过程控制的设计15

习题与思考题16

第2章 过程检测仪表18

2.1 检测仪表组成及接线方式18

2.1.1 检测仪表组成18

2.1.2 过程检测仪表的接线方式19

2.2 测量误差及处理21

2.2.1 测量误差的基本概念21

2.2.2 测量变送中的几个问题22

2.2.3 测量信号的处理23

2.3 安全防爆基础24

2.3.1 危险场所划分24

2.3.2 防爆安全栅25

2.4 温度检测26

2.4.1 接触式与非接触式测温27

2.4.2 热电偶28

2.4.3 热电阻31

2.4.4 集成式温度传感器32

2.4.5 接触式测温元件的选型与安装33

2.5 压力检测34

2.5.1 弹性式压力检测36

2.5.2 应变片式压力检测37

2.5.3 压阻式压力检测38

2.5.4 压力表的选择与安装39

2.6 流量检测40

2.6.1 容积式流量计41

2.6.2 节流式流量计42

2.6.3 浮子式流量计45

2.6.4 涡轮流量计46

2.6.5 漩涡（涡街）流量计47

2.6.6 电磁流量计47

2.6.7 超声波流量计48

2.6.8 质量流量计49

2.6.9 多相流体的流量测量50

2.7.1 浮力式液位测量51

2.7 物位测量51

2.7.2 静压式液位测量52

2.7.3 电容式物位测量53

2.7.4 超声波式物位测量54

2.7.5 雷达式物位测量54

2.7.6 核辐射式物位计55

2.7.7 光纤式液位测量56

2.7.8 多相界面的测量56

2.8 成分测量57

2.8.1 热导式气体成分测量58

2.8.2 红外式气体成分测量59

2.8.3 氧化锆氧量成分测量59

2.8.4 气相色谱成分测量60

2.8.5 工业电导仪62

2.8.6 工业酸度计63

2.8.7 浊度的检测64

2.9 过程控制中的软测量技术64

2.9.1 软测量技术64

2.9.2 软测量方法66

2.9.3 基于人工神经网络的软测量68

习题与思考题70

第3章 过程执行器72

3.1 调节阀72

3.1.1 电动执行机构74

3.1.2 气动执行机构74

3.1.3 调节阀的流通能力75

3.1.4 调节阀的流量特性77

3.1.5 调节阀的选择83

3.2 变频器87

3.2.1 变频器原理87

3.2.2 变频器在过程控制中的应用88

习题与思考题90

第4章 被控过程92

4.1 被控过程特性92

4.1.1 自衡过程与非自衡过程92

4.1.2 单容和多容过程93

4.1.3 振荡和非振荡过程94

4.1.4 具有反向特性的过程95

4.2.1 增益（放大系数）K的影响96

4.2 过程特性对控制品质的影响96

4.2.2 时间常数T的影响97

4.2.3 时滞τ的影响98

4.3 被控过程数学模型98

4.3.1 建立过程数学模型的目的99

4.3.2 过程数学模型的求取方法100

4.3.3 过程被控变量的选择101

4.3.4 过程输入变量的选择102

4.3.5 数学模型的无因次化102

4.4 过程建模103

4.4.1 机理建模103

4.4.2 时域法建模106

4.4.3 频域法建模110

4.4.4 最小二乘法建模111

习题与思考题114

5.1 开关控制116

5.1.1 可编程序逻辑控制器简介116

第5章 常规过程控制策略116

5.1.2 PLC在过程控制中的应用119

5.2 PID控制123

5.2.1 模拟式PID调节器124

5.2.2 数字式PID调节器125

5.2.3 改进的PID算法127

5.3 PID参数的整定129

5.3.1 参数整定原则129

5.3.2 参数整定方法130

5.4 PID调节器控制规律的选择132

5.4.1 根据过程特性选择调节器控制规律132

5.4.3 控制器正／反作用选择133

5.4.2 根据τo/To比值选择调节器控制规律133

5.5 过程控制系统的投运与维护134

习题与思考题135

第6章 先进过程控制策略137

6.1 内模控制138

6.1.1 理想内模控制器138

6.1.2 实际内模控制器139

6.1.3 内模控制器与反馈控制器的关系139

6.2 模型预测控制140

6.2.1 模型预测控制的特点141

6.2.2 模型算法控制142

6.2.3 动态矩阵控制145

6.3 模糊控制148

6.2.4 模型预测控制中应注意的问题148

6.3.1 模糊逻辑基础149

6.3.2 模糊控制系统153

6.3.3 模糊控制器设计155

6.4 神经网络控制158

6.4.1 神经网络概念158

6.4.2 神经网络控制163

6.5 专家控制165

6.5.1 专家系统概述166

6.5.2 专家控制系统167

6.5.3 专家控制器171

习题与思考题172

7.1.1 串级控制问题的提出173

7.1 串级控制系统结构173

第7章 串级控制系统173

7.1.2 串级控制系统结构175

7.2 串级控制系统分析177

7.2.1 减小了被控对象的等效时间常数177

7.2.2 提高了系统工作频率179

7.2.3 对负载变化具有一定的自适应能力180

7.3 串级控制系统设计181

7.3.1 设计原则181

7.3.2 主、副控制器选择186

7.3.3 串级控制系统的整定188

7.4 串级控制系统设计举例189

习题与思考题192

8.1.1 前馈控制的原理和特点194

第8章 复杂过程控制系统194

8.1 前馈控制系统194

8.1.2 前馈控制系统的结构形式197

8.1.3 前馈控制的应用198

8.2 时间滞后控制系统202

8.2.1 史密斯（Smith）预估补偿方案202

8.2.2 采样控制方案203

8.3 解耦控制系统205

8.3.1 多变量系统中的耦合与解耦205

8.3.2 相对增益207

8.3.3 耦合系统的解耦设计方法211

8.4 比值控制系统215

8.4.1 单闭环比值控制215

8.3.4 解耦系统的简化215

8.4.2 双闭环比值控制216

8.4.3 变比值控制217

8.5 均匀控制系统219

8.6 超弛控制系统220

8.7 分程控制系统222

8.8 阀位控制系统225

习题与思考题226

第9章 计算机过程控制系统230

9.1 计算机过程控制系统的特点和构成230

9.1.1 计算机过程控制系统的特点230

9.1.2 计算机过程控制系统的发展趋势231

9.1.3 计算机过程控制系统的构成232

9.2.2 直接数字控制（DDC）系统233

9.2 计算机过程控制系统的应用型式233

9.2.1 巡回检测与数据处理233

9.2.3 监督控制（SCC）系统234

9.2.4 集散控制系统（DCS）234

9.3 集散控制系统（DCS）235

9.3.1 DCS的体系结构235

9.3.2 DCS的基本组成236

9.3.3 典型DCS简介241

9.4 基于PLC的监督控制与数据采集系统245

9.4.1 PLC-SCADA系统和DCS的比较246

9.4.2 组态软件247

9.4.3 基于Web的远程监控248

9.5.1 现场总线及其特点252

9.5 现场总线技术252

9.5.2 现场总线通信模型253

9.5.3 常见现场总线简介254

9.5.4 现场总线控制系统257

9.6 计算机信息集成技术258

9.6.1 计算机信息集成概述259

9.6.2 实时数据库与关系数据库的集成262

9.6.3 企业信息集成系统266

习题与思考题268

附录A 过程控制SAMA图269

附录B 过程控制仪表位号271

附录C 过程控制部分专业术语对照表274

参考文献277