過程控制工程

內容概要

過程控制工程是控制科學與控制工程學科中的重要知識領域，是自動化專業學生必修課程之一。本書是在原《化工過程控制工程》和《工業過程控制工程》教材基礎上進行重新編寫的。    全書共分14章，每章末都附有練習題。本書從內容上全書可分成三大部分：第一部分是過程控制工程的基礎知識，包括第1～8章，內容有過程控制概論，過程機理和經驗建模，反饋控制，前饋控制和比值控制，串級、均勻、非線性增益補償、選擇性和分程控制，多回路控制系統分析與設計和計算機控制系統；第二部分是先進控制技術，包括第9、10、14章，內容有基于模型的控制方法，過程監督控制和計算機綜合集成控制；第三部分是過程控制工程應用示例，包括第11、12、13章，內容有間歇過程控制、傳熱設備的控制以及精餾塔的控制。    本書可作為自動化及相關專業高年級本科生或研究生的教材，也可供在煤油、石油化工、化工、冶金、電力、輕工等領域從事工業過程自動控制工程的技術人員參考。

書籍目錄

1  過程控制概論  1.1  控制系統的組成與目標    1.1.1  控制系統的由來    1.1.2  控制系統的組成    1.1.3  過程控制的術語與目標  1 2  控制儀表與控制裝置    1.2.1  單元組合控制儀表    1.2.2  計算機控制裝置  1.3  過程控制策略    1.3.1  反饋控制    1.3.2  前饋控制  1.4  反饋控制系統的分類  思考題與習題12  基于過程動力學的機理建模  2.1  過程建模的目的和方法  2.2  機理建模    2.2.1  機理法建模的步驟    2.2.2  常用的方程  2.3  典型過程的動態建模    2.3.1  液體儲罐的動態模型    2.3.2  串聯液體儲罐的動態模型    2.3.3  氣體壓力儲罐的動態模型    2.3.4  夾套式換熱器的動態模型    2.3.5  管式換熱器的動態模型    2.3.6  化學反應器的動態模型  思考題與習題23  基于實驗數據的經驗建模  3.1  階躍響應建模    3 1.1  階躍響應的獲取    3.1.2  由階躍響應確定近似傳遞函數    3.1.3  脈沖響應方法  3.2  回歸建模方法    3.2.1  線性回歸建模    3.2.2  離散時間模型及其辨識    3.2.3  神經網絡建模  思考題與習題34  反饋控制  4.1  控制系統的性能指標    4.1.1  以階躍響應曲線的特征參數作為性能指標    4.1.2  偏差積分性能指標  4.2  三種常規的反饋控制模式    4.2 1  比例控制作用    4.2.2  比例積分控制作用    4 2.3  比例積分微分控制作用  4.3  PID控制器的選取與整定    4.3.1  控制器的選型    4.3.2  控制器參數整定    4.3.3  PID參數自整定  4.4  反饋控制系統的投運  思考題與習題45  前饋控制和比值控制  5.1  前饋控制系統    5.1.1  前饋控制的基本原理    5.1.2  前饋控制系統的特點  5.2  前饋控制系統的幾種結構形式    5.2.1  靜態前饋    5.2.2  動態前饋    5.2.3  前饋反饋控制系統    5.2.4  多變量前饋控制    5.2.5  用計算機實施前饋控制  5.3  比值控制系統    5.3.1  定比值控制系統    5.3.2  變比值控制系統    5.3.3  比值控制系統的實施    5.3.4  比值控制系統的設計、投運及整定    5.3.5  比值控制系統中的若干問題  思考題與習題56  其他典型控制系統  6.1  串級控制系統    6.1.1  串級控制的概念及方框圖描述    6.1.2  串級控制系統分析    6.1.3  串級控制系統設計    6.1.4  串級控制系統舉例  6.2  非線性增益補償控制    6.2.1  非線性過程的特點    6.2.2  非線性補償方法    6.2.3  pH中和過程控制  6.3  均勻控制    6 3.1  均勻控制的由來    6.3.2  均勻控制的實現    6.3.3  均勻控制參數工程整定  6.4  選擇性控制系統    6.4.1  用于設備軟保護的選擇性控制    6.4.2  其他選擇性控制系統  6.5  分程控制系統和閥位控制系統    6.5 1  分程控制系統    6.5.2  閥位控制系統  思考題與習題67  多回路控制系統分析與設計  7.1  相對增益    7.1.1  相對增益的概念    7.1.2  相對增益矩陣的計算  7.2  耦合系統的變量配對與控制參數整定    7 2.1  耦合系統的變量配對    7.2.2  耦合多回路系統的控制器參數整定  7.3  多回路系統的解耦設計    7.3.1  基于方框圖的線性解耦器    7.3.2  基于過程機理的非線性解耦器  思考題與習題78  計算機控制系統  8.1  計算機控制系統概述  8.2  信號采集與處理    8 2 1  信號采集與變換    8 2.2  信號處理與數據濾波  8.3  數字PID控制算法    8 3 1  數字PID控制算式    8.3.2  數字PID改進算式    8.3.3  數字PID控制的實現    8 3 4  數字PID控制器參數整定  8.4  數字控制系統舉例    8.4.1  DCS（Distrjbuted Control System）概念    8.4.2  JX-300X系統結構    8.4.3  JX-300X系統軟件  思考題與習題89  基于模型的控制方法  9 1  史密斯預估控制    9.1.1  史密斯補償原理    9.1.2  史密斯預估器的幾種改進方案  9.2  內?？刂?   9.2.1  基本內?？刂葡到y的結構與性質    9.2.2  改進型內?？刂葡到y  9.3  模型預測控制    9.3.1  模型預測控制的主要特征    9 3.2  SISO無約束動態矩陣控制    9.3 3  MIMO受約束動態矩陣控制  9.4  先進控制應用示例：原油蒸餾塔的多變量預測控制    9.4 1  工藝概況    9.4.2  常壓塔的多變量約束控制問題    9.4 3  常壓塔先進控制系統的運行結果  思考題與習題910  過程監督控制  10 1  監督控制概述  10.2  過程監視與控制    10.2.1  過程變量限值檢查法    10.2.2  過程監控一般方法    10.2.3  質量控制圖法  10.3  統計過程控制技術    10.3.1  過程能力指數    10.3.2  6-Sigma方法    10 3 3  多元統計控制技術    10 3.4  過程控制和統計過程控制的關系  思考題與習題1011  間歇過程控制  11.1  間歇生產過程及控制    11 1.1  間歇生產過程特點    11 1 2  間歇生產過程控制系統  11.2  順序邏輯控制  11.3  間歇生產過程中的控制    11.3.1  間歇生產過程的特殊控制方法    11.3.2  間歇反應器的控制  11.4  批次對批次（Run-to-Run）控制    11.4.1  概述    11.4.2  指數加權移動平均控制算法    11.4.3  應用示例  11.5  間歇生產過程管理    11.5.1  處方（Reclpe）和配方的管理    11.5.2  間歇生產過程計劃與調度  思考題與習題1112  傳熱設備的控制  12.1  概述    12.1.1  熱量傳遞的三種方式    12.1.2  換熱設備的結構類型    12.1.3  換熱設備的靜態特性    12.1.4  換熱設備的動態特性  12.2  換熱設備的控制    12.2.1  換熱器的控制    12 2.2  蒸汽加熱器的控制    12.2 3  冷凝冷卻器的控制  12.3  加熱爐的控制    12.3.1  加熱爐的單回路控制方案    12.3.2  加熱爐的串級控制方案  12.4  鍋爐設備的控制    12 4.1  汽包水位的控制    12.4 2  燃燒系統的控制    12 4.3  蒸汽過熱系統的控制  思考題與習題1213  精餾塔的控制  13.1  精餾塔的控制目標    13.1.1  質量指標    13 1.2  產品產量和能量消耗  13.2  精餾塔的靜態特性和動態特性    13.2 1  精餾塔的靜態特性    13 2.2  精餾塔的動態模型  13.3  精餾塔質量指標的選取    13 3.1  靈敏板的溫度控制    13.3.2  溫差控制    13.3 3  雙溫差控制  13.4  精餾塔的常用控制方案    13 4.1  物料平衡控制    13.4.2  精餾段質量指標控制    13.4 3  提餾段質量指標控制    13 4.4  兩端質量指標控制  13.5  精餾塔的先進控制方案    13 5.1  內回流控制    13.5.2  產品質量的軟測量與推斷控制    13.5.3  精餾塔的節能控制  思考題與習題1314  計算機綜合集成控制  14.1  計算機綜合集成控制概述    14.1.1  流程工業生產過程運作特點    14.1.2  計算機綜合集成控制  14.2  信息源與信息集成系統    14 2.1  企業信息和數據來源    14.2.2  信息分類與編碼    14.2 3  企業信息系統綜合集成技術  14.3  數據校正技術    14.3.1  概述    14.3.2  數據校正原理    14 3.3  過失誤差檢測原理  14.4  數據驅動下的企業運行    14.4.1  生產過程的安全、穩定運行    14.4.2  生產過程的優化管理及運行  14.5  優化技術及應用    14 5.1  最優化概念    14.5.2  實時優化經濟模型    14.5 3  實時優化控制技術    14.5 4  最優化算法及控制  思考題與習題14參考文獻

章節摘錄

1　過程控制概論：現代工業生產過程，隨著生產規模的不斷擴大、生產過程的強化、對產品質量的嚴格要求以及各公司之間的激烈競爭，人工操作與控制已遠遠不能滿足現代化生產的要求。過程控制系統已成為工業生產過程必不可少的裝備，為保證現代企業安全、優化、低消耗和高效益生產提供了有效的技術手段。本書將重點針對連續生產過程，介紹過程控制系統的設計目標、分析設計技術與工程實施等方面的內容。作為概論，本章將簡要介紹過程控制系統的組成、術語與目標，回顧控制裝置的發展歷史，并重點比較反饋與前饋控制策略的異同，最后說明過程控制系統的分類。

編輯推薦

《普通高等教育"十一五"國家級規劃教材?過程控制工程(第2版)》共分14章，第1章是介紹過程控制工程的一些基本概念和知識；第2章和第3章介紹過程建模的機理方法和基于數據的經驗建模方法；第4章介紹單回路反饋控制方法；第5章是前饋控制和比值控制；第6章是介紹過程工業中典型的一些控制方法，如串級控制、非線性增益補償控制、均勻控制、選擇性控制以及分程控制和閥位控制；第7章討論多回路控制系統的分析與設計，即原來的解耦控制問題；第8章是以DCS為主的計算機控制系統；第9章討論基于模型的先進控制算法，其中包括史密斯預估控制、內?？刂?、模型預測控制以及應用示例；第10章是介紹過程監督控制基本方法，即隨機統計過程控制；第11章介紹間歇生產過程的控制問題；第12章和第13章分別介紹過程工業中傳熱設備和精餾過程的控制問題；最后一章，第14章是介紹計算機綜合集成控制與最優化控制技術及其應用。

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