过程控制原理与工程

《过程控制原理与工程》共分两篇7章。第一篇为过程控制原理(第1章～第4章)，主要阐述了过程控制的基本原理、基本概念，过程控制系统的数学模型，过程控制系统的时域和频率分析法；第二篇为过程控制工程(第5章～第7章)，详细介绍了简单控制系统的分析与设计方法,控制系统实施、控制系统故障分析与排除、控制系统投运等知识；比较全面地介绍了复杂控制系统的构成方法与应用。以常规过程控制系统为主体，结合炼油、化工、热电、轻工等工业过程中的典型操作单元，从控制过程的特性、基本控制方案等方面作了简明的叙述。《过程控制原理与工程》选材精炼，突出了知识的实用性、实际性和实践性。编写时力求循序渐进、深入浅出、通俗易懂、便于自学。

《过程控制原理与工程》可作为高职高专院校、成人教育学院生产过程自动化技术、检测技术及仪表等专业的教材用书，也可作为电气、机电一体化、冶金、化工、制药、轻...

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《过程控制原理与工程》共分两篇7章。第一篇为过程控制原理(第1章～第4章)，主要阐述了过程控制的基本原理、基本概念，过程控制系统的数学模型，过程控制系统的时域和频率分析法；第二篇为过程控制工程(第5章～第7章)，详细介绍了简单控制系统的分析与设计方法,控制系统实施、控制系统故障分析与排除、控制系统投运等知识；比较全面地介绍了复杂控制系统的构成方法与应用。以常规过程控制系统为主体，结合炼油、化工、热电、轻工等工业过程中的典型操作单元，从控制过程的特性、基本控制方案等方面作了简明的叙述。《过程控制原理与工程》选材精炼，突出了知识的实用性、实际性和实践性。编写时力求循序渐进、深入浅出、通俗易懂、便于自学。

《过程控制原理与工程》可作为高职高专院校、成人教育学院生产过程自动化技术、检测技术及仪表等专业的教材用书，也可作为电气、机电一体化、冶金、化工、制药、轻工等相关专业的参考书，并可供相关专业技术人员参考。

前言第一篇 过程控制原理1第1章 过程控制系统的基本概念2 1.1 引言2 1.2 过程控制系统的组成及框图2 1.2.1 过程控制系统的组成2 1.2.2 过程控制系统的框图3 1.2.3 过程控制系统的相关术语3 1.3 过程控制系统的分类4 1.3.1 开环控制与闭环控制4 1.3.2 按设定值变化规律分类6 1.4 过程控制系统的性能要求7 1.4.1 过程控制系统的过渡过程7 1.4.2 过程控制系统的过渡过程的几种形式7 1.4.3 过程控制系统的性能指标8 本章小结8 思考题与习题8第2章 过程控制系统的数学模型10 2.1 建立被控对象的数学模型10 2.2典 型化工对象(或环节)数学模型的建立13 2.2.1 串联液体储槽13 2.2.2 带套管热电偶13 2.2.3 气动薄膜控制阀14 2.3 拉氏变换、反变换及其应用15 2.3.1 拉氏变换的概念16 2.3.2 拉氏变换的运算定理17 2.3.3 拉氏反变换19 2.3.4 拉氏变换及拉氏反变换的应用19 2.4 传递函数19 2.4.1 传递函数的定义19 2.4.2 传递函数的一般表达式20 2.4.3 传递函数的性质20 2.4.4 典型环节的传递函数21 2.4.5 过程控制系统的结构图及其等效变换23 2.5 过程控制系统的传递函数27 2.5.1 系统开环传递函数28 2.5.2 系统闭环传递函数28 本章小结29 思考题与习题30第3章 过程控制系统的时域分析法33 3.1 过程控制系统的响应分析33 3.1.1 典型输入信号33 3.1.2 过程控制系统的时域性能指标34 3.1.3 一阶过程控制系统的阶跃响应分析36 3.1.4 二阶过程控制系统的阶跃响应分析38 3.2 过程控制系统的稳定性分析41 3.2.1 系统的稳定性41 3.2.2 劳斯稳定判据42 3.3 常规控制规律及其对过程控制质量的影响45 本章小结51 思考题与习题51第4章 过程控制系统的频率分析法53 4.1 频率特性53 4.1.1 频率特性的基本概念53 4.1.2 频率特性与传递函数的关系55 4.2 典型环节的博德图56 4.2.1 博德图的表示56 4.2.2 比例环节57 4.2.3 积分环节57 4.2.4 微分环节58 4.2.5 惯性环节59 4.2.6 一阶微分环节60 4.2.7 振荡环节60 4.3 控制系统开环博德图的绘制62 4.3.1 采用叠加方法绘制系统开环博德图62 4.3.2 根据系统开环对数频率特性曲线确定系统的传递函数66 4.4 对数频率稳定判据与稳定裕量67 4.4.1 对数频率稳定判据67 4.4.2 稳定裕量68 4.4.3 过程控制系统分析和设计的稳定裕量法70 本章小结74 思考题与习题75第二篇 过程控制工程77第5章 简单控制系统分析与设计78 5.1 简单控制系统的组成78 5.2 被控变量与操纵变量的选择79 5.2.1 被控变量的选择79 5.2.2 操纵变量的选择79 5.3 测量滞后对控制质量的影响及克服办法82 5.3.1 测量滞后对控制质量的影响82 5.3.2 克服测量滞后及信号的处理方法84 5.4 控制阀的选择86 5.4.1 控制阀概述86 5.4.2 控制阀的流量特性87 5.4.3 控制阀的流量特性的选择90 5.4.4 控制阀气开、气关形式的选择92 5.4.5 阀门定位器的正确使用93 5.5 控制器的选择94 5.5.1 控制器控制规律的选择94 5.5.2 控制器正、反作用的确定95 5.6 简单控制系统工程应用案例97 5.7 简单控制系统的投运和控制器参数整定98 5.7.1 系统的投运98 5.7.2 控制器参数的工程整定 99 5.8 简单控制系统的故障及故障排除103 5.8.1 自动控制系统的故障及判别方法103 5.8.2 故障分析举例105 本章小结107 思考题与习题107第6章 复杂控制系统111 6.1 串级控制系统111 6.1.1 串级控制系统的基本原理与结构 111 6.1.2 串级控制系统的工作过程113 6.1.3 串级控制系统的特点114 6.1.4 串级控制系统的设计117 6.1.5 串级控制系统的工业应用场合及应用案例120 6.1.6 串级控制系统的投运和主、副控制器的参数整定122 6.2 均匀控制系统 124 6.2.1 均匀控制的目的和要求124 6.2.2 均匀控制方案125 6.2.3 控制器参数的整定127 6.3 比值控制系统128 6.3.1 概述128 6.3.2 定比值控制系统129 6.3.3 变比值控制系统130 6.3.4 比值控制系统的实施131 6.3.5 比值控制系统的投运和控制器参数的整定136 6.4 分程控制系统136 6.4.1 分程控制系统的构成136 6.4.2 分程控制的应用场合137 6.5 前馈控制系统140 6.5.1 前馈控制的基本原理及特点140 6.5.2 前馈控制系统的几种结构形式142 6.5.3 前馈控制系统的选用144 6.6 选择性控制系统144 6.6.1 概述144 6.6.2 选择性控制系统的构成145 6.6.3 选择性控制系统的类型146 6.6.4 积分饱和现象及其防止措施147 本章小结149 思考题与习题149第7章 工业生产过程控制应用153 7.1 流体输送设备的控制153 7.1.1 离心泵的控制153 7.1.2 容积式泵的控制156 7.1.3 压缩机的控制156 7.1.4 离心式压缩机的防喘振控制157 7.2 传热设备的控制159 7.2.1 换热器的控制160 7.2.2 蒸汽加热器的控制162 7.2.3 冷却器的控制162 7.2.4 加热炉的控制163 7.3 锅炉设备的控制167 7.3.1 概述167 7.3.2 汽包水位系统的控制 168 7.3.3 锅炉燃烧系统的控制173 7.4 精馏塔的控制174 7.4.1 概述174 7.4.2 精馏塔的控制目标175 7.4.3 精馏塔的干扰因素分析175 7.4.4 精馏塔质量指标的选择176 7.4.5 精馏塔的基本控制方案178 7.5 化学反应器的控制181 7.5.1 化学反应器的控制要求181 7.5.2 化学反应器的基本控制方案182 7.6 炼油工业生产过程控制184 7.6.1 炼油工业概述184 7.6.2 常减压生产过程控制185 7.6.3 催化裂化生产过程控制187 7.6.4 催化重整生产过程控制189 本章小结191 思考题与习题192参考文献193

前言第一篇 过程控制原理1第1章 过程控制系统的基本概念2 1.1 引言2 1.2 过程控制系统的组成及框图2 1.2.1 过程控制系统的组成2 1.2.2 过程控制系统的框图3 1.2.3 过程控制系统的相关术语3 1.3 过程控制系统的分类4 1.3.1 开环控制与闭环控制4 1.3.2 按设定值变化规律分类6 1.4 过程控制系统的性能要求7 1.4.1 过程控制系统的过渡过程7 1.4.2 过程控制系统的过渡过程的几种形式7 1.4.3 过程控制系统的性能指标8 本章小结8 思考题与习题8第2章 过程控制系统的数学模型10 2.1 建立被控对象的数学模型10 2.2典 型化工对象(或环节)数学模型的建立13 2.2.1 串联液体储槽13 2.2.2 带套管热电偶13 2.2.3 气动薄膜控制阀14 2.3 拉氏变换、反变换及其应用15 2.3.1 拉氏变换的概念16 2.3.2 拉氏变换的运算定理17 2.3.3 拉氏反变换19 2.3.4 拉氏变换及拉氏反变换的应用19 2.4 传递函数19 2.4.1 传递函数的定义19 2.4.2 传递函数的一般表达式20 2.4.3 传递函数的性质20 2.4.4 典型环节的传递函数21 2.4.5 过程控制系统的结构图及其等效变换23 2.5 过程控制系统的传递函数27 2.5.1 系统开环传递函数28 2.5.2 系统闭环传递函数28 本章小结29 思考题与习题30第3章 过程控制系统的时域分析法33 3.1 过程控制系统的响应分析33 3.1.1 典型输入信号33 3.1.2 过程控制系统的时域性能指标34 3.1.3 一阶过程控制系统的阶跃响应分析36 3.1.4 二阶过程控制系统的阶跃响应分析38 3.2 过程控制系统的稳定性分析41 3.2.1 系统的稳定性41 3.2.2 劳斯稳定判据42 3.3 常规控制规律及其对过程控制质量的影响45 本章小结51 思考题与习题51第4章 过程控制系统的频率分析法53 4.1 频率特性53 4.1.1 频率特性的基本概念53 4.1.2 频率特性与传递函数的关系55 4.2 典型环节的博德图56 4.2.1 博德图的表示56 4.2.2 比例环节57 4.2.3 积分环节57 4.2.4 微分环节58 4.2.5 惯性环节59 4.2.6 一阶微分环节60 4.2.7 振荡环节60 4.3 控制系统开环博德图的绘制62 4.3.1 采用叠加方法绘制系统开环博德图62 4.3.2 根据系统开环对数频率特性曲线确定系统的传递函数66 4.4 对数频率稳定判据与稳定裕量67 4.4.1 对数频率稳定判据67 4.4.2 稳定裕量68 4.4.3 过程控制系统分析和设计的稳定裕量法70 本章小结74 思考题与习题75第二篇 过程控制工程77第5章 简单控制系统分析与设计78 5.1 简单控制系统的组成78 5.2 被控变量与操纵变量的选择79 5.2.1 被控变量的选择79 5.2.2 操纵变量的选择79 5.3 测量滞后对控制质量的影响及克服办法82 5.3.1 测量滞后对控制质量的影响82 5.3.2 克服测量滞后及信号的处理方法84 5.4 控制阀的选择86 5.4.1 控制阀概述86 5.4.2 控制阀的流量特性87 5.4.3 控制阀的流量特性的选择90 5.4.4 控制阀气开、气关形式的选择92 5.4.5 阀门定位器的正确使用93 5.5 控制器的选择94 5.5.1 控制器控制规律的选择94 5.5.2 控制器正、反作用的确定95 5.6 简单控制系统工程应用案例97 5.7 简单控制系统的投运和控制器参数整定98 5.7.1 系统的投运98 5.7.2 控制器参数的工程整定 99 5.8 简单控制系统的故障及故障排除103 5.8.1 自动控制系统的故障及判别方法103 5.8.2 故障分析举例105 本章小结107 思考题与习题107第6章 复杂控制系统111 6.1 串级控制系统111 6.1.1 串级控制系统的基本原理与结构 111 6.1.2 串级控制系统的工作过程113 6.1.3 串级控制系统的特点114 6.1.4 串级控制系统的设计117 6.1.5 串级控制系统的工业应用场合及应用案例120 6.1.6 串级控制系统的投运和主、副控制器的参数整定122 6.2 均匀控制系统 124 6.2.1 均匀控制的目的和要求124 6.2.2 均匀控制方案125 6.2.3 控制器参数的整定127 6.3 比值控制系统128 6.3.1 概述128 6.3.2 定比值控制系统129 6.3.3 变比值控制系统130 6.3.4 比值控制系统的实施131 6.3.5 比值控制系统的投运和控制器参数的整定136 6.4 分程控制系统136 6.4.1 分程控制系统的构成136 6.4.2 分程控制的应用场合137 6.5 前馈控制系统140 6.5.1 前馈控制的基本原理及特点140 6.5.2 前馈控制系统的几种结构形式142 6.5.3 前馈控制系统的选用144 6.6 选择性控制系统144 6.6.1 概述144 6.6.2 选择性控制系统的构成145 6.6.3 选择性控制系统的类型146 6.6.4 积分饱和现象及其防止措施147 本章小结149 思考题与习题149第7章 工业生产过程控制应用153 7.1 流体输送设备的控制153 7.1.1 离心泵的控制153 7.1.2 容积式泵的控制156 7.1.3 压缩机的控制156 7.1.4 离心式压缩机的防喘振控制157 7.2 传热设备的控制159 7.2.1 换热器的控制160 7.2.2 蒸汽加热器的控制162 7.2.3 冷却器的控制162 7.2.4 加热炉的控制163 7.3 锅炉设备的控制167 7.3.1 概述167 7.3.2 汽包水位系统的控制 168 7.3.3 锅炉燃烧系统的控制173 7.4 精馏塔的控制174 7.4.1 概述174 7.4.2 精馏塔的控制目标175 7.4.3 精馏塔的干扰因素分析175 7.4.4 精馏塔质量指标的选择176 7.4.5 精馏塔的基本控制方案178 7.5 化学反应器的控制181 7.5.1 化学反应器的控制要求181 7.5.2 化学反应器的基本控制方案182 7.6 炼油工业生产过程控制184 7.6.1 炼油工业概述184 7.6.2 常减压生产过程控制185 7.6.3 催化裂化生产过程控制187 7.6.4 催化重整生产过程控制189 本章小结191 思考题与习题192参考文献193
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