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第1章 过程控制系统概述1

1.1过程控制系统的组成、特点与地位1

1.1.1过程控制系统及其组成1

1.1.2过程控制的特点3

1.1.3过程控制系统的地位5

1.2过程控制的任务6

1.3过程控制系统的分类及性能指标7

1.3.1过程控制系统分类7

1.3.2过程控制系统的性能指标8

1.4过程控制系统的发展11

1.4.1过程控制仪表的发展11

1.4.2过程控制理论的发展13

1.5本书的结构与章节安排14

习题与思考题15

第2章 过程检测仪表16

2.1检测仪表的基本组成及工作方式16

2.1.1检测仪表的基本概念、组成及信号传输16

2.1.2检测仪表的零点迁移与量程迁移19

2.2过程检测仪表的基本性能指标20

2.2.1测量仪表的基本性能指标20

2.2.2测量信号的处理23

2.3温度变送器及其选型24

2.3.1温度检测方法概述24

2.3.2热电偶温度传感器26

2.3.3热电阻温度传感器32

2.3.4集成式温度传感器35

2.3.5接触式测温元件的选型与安装36

2.4压力变送器及其选型37

2.4.1压力检测方法概述37

2.4.2弹性式压力检测38

2.4.3应变片式压力检测40

2.4.4扩散硅压力传感器41

2.4.5电容式压力检测42

2.4.6压力仪表的选型与安装46

2.5流量变送器及其选型46

2.5.1容积式流量计47

2.5.2节流式流量计48

2.5.3电磁流量计52

2.5.4旋涡（涡街）流量计53

2.5.5超声波流量计54

2.6物位变送器及其选型56

2.6.1静压式液位测量56

2.6.2电容式液位测量57

2.6.3超声波式液位计58

2.6.4雷达式液位计59

2.7成分分析仪表60

2.7.1热导式气体分析仪61

2.7.2红外线气体分析仪63

2.7.3色谱分析仪64

2.7.4氧化锆氧量分析仪67

习题与思考题68

第3章 过程执行器与防爆栅69

3.1过程执行器69

3.1.1电动执行器70

3.1.2气动执行器71

3.1.3调节阀的流通能力75

3.1.4调节阀的流量特性76

3.1.5执行器的选择80

3.2变频器84

3.2.1变频器的基本工作原理84

3.2.2变频器在过程控制中的应用87

3.3防爆栅88

3.3.1安全火花防爆系统的基本概念88

3.3.2危险场所的划分与安全火花防爆的等级90

3.3.3防爆栅的基本组成与工作原理91

习题与思考题95

第4章 PID控制算法及其实现技术96

4.1基本PID控制算法96

4.1.1从ON/OFF控制到比例（P）控制97

4.1.2积分的引入——比例积分（PI）控制101

4.1.3微分的引入——比例积分微分（PID）控制103

4.2各种变形的PID控制算法104

4.2.1微分先行PID控制算法105

4.2.2比例先行PID控制算法106

4.2.3带设定值滤波的PID控制算法107

4.3 PID控制算法的时域、频域分析108

4.3.1 PID控制器的阶跃响应108

4.3.2 PID控制器的频率特性110

4.4 PID控制算法的数字实现技术111

4.4.1数字控制系统的基本结构111

4.4.2数字控制器的设计思想112

4.4.3连续PID控制器的离散化116

4.4.4数字PID控制的位置式与增量式算法118

4.4.5数字PID控制器采样周期、积分字长的选取121

4.5 PID控制算法的工程实现技术123

4.5.1 PID控制器的正/反作用方式123

4.5.2 PID控制器的抗积分饱和算法125

4.5.3 PID控制器的无扰切换技术128

习题与思考题131

第5章 单回路控制系统设计及调节器参数整定133

5.1单回路控制系统设计概述134

5.1.1过程控制系统设计的步骤134

5.1.2过程控制系统控制方案的制定136

5.2典型对象动态特性的数学描述及其实验测定138

5.2.1单容对象动特性及其数学描述、对象的自衡特性139

5.2.2多容对象动特性及其数学描述、容量滞后、纯滞后143

5.2.3具有反向特性的过程、非最小相位过程146

5.2.4对象特性的实验测定方法148

5.3对象动特性对调节质量的影响152

5.3.1干扰通道对象动特性对调节质量的影响152

5.3.2调节通道对象动特性对调节质量的影响155

5.3.3调节方案的确定157

5.4调节规律对系统闭环性能的影响及其选择160

5.4.1比例调节规律对系统动特性的影响161

5.4.2系统调节性能指标（又称可控性指标）166

5.4.3比例积分（PI）调节器对系统动特性的影响169

5.4.4比例微分（PD）调节器对系统动特性的影响172

5.4.5比例积分微分（PID）调节器173

5.4.6调节器调节规律的选择175

5.5 PID调节器的参数整定方法175

5.5.1稳定边界法176

5.5.2反应曲线法178

5.5.3改进的齐格勒-尼科尔斯（RZN）方法179

5.5.4 PID控制器的现场“试凑法”整定181

5.6工业过程常见回路的特点及其设计182

习题与思考题184

第6章 复杂调节系统186

6.1串级调节系统186

6.1.1串级控制的基本思想186

6.1.2串级控制系统的一般结构188

6.1.3串级控制系统的特点和效果分析189

6.1.4串级控制系统的设计、投运与参数整定192

6.2前馈控制系统196

6.2.1前馈控制的基本结构与工作原理197

6.2.2前馈控制器设计及其性能分析199

6.2.3复合控制系统201

6.2.4前馈控制系统设计及其工程实现203

6.3分程控制系统205

6.3.1分程控制系统的基本结构与工作原理205

6.3.2分程控制系统的设计、实现及其工程应用207

6.4选择性控制系统210

6.4.1选择性控制系统的基本概念210

6.4.2选择性控制系统的结构与工作原理211

6.4.3选择性控制系统的设计212

6.5均匀调节系统215

6.5.1均匀调节系统的组成与工作原理215

6.5.2均匀调节系统控制规律的选择与参数整定217

6.6比值调节系统218

6.6.1比值调节系统的基本原理和结构218

6.6.2比值调节系统的设计与参数整定222

习题与思考题225

第7章 先进控制系统227

7.1解耦控制系统227

7.1.1系统关联分析和相对增益228

7.1.2避免耦合的设计原则、减少或解除耦合的途径233

7.1.3解耦控制系统的设计236

7.1.4解耦系统的简化及其工程实现238

7.2时滞补偿控制238

7.2.1典型时滞过程及其对闭环调节性能的影响238

7.2.2大时滞过程的常规控制方法239

7.2.3 Smith预估补偿算法及其性能240

7.2.4 Smith预估器的内模控制结构及其设计242

7.2.5改进的Smith预估补偿算法244

7.3自适应控制系统245

7.3.1自适应控制的基本原理245

7.3.2增益调度自适应控制246

7.3.3自整定PID控制器247

7.3.4模型参考自适应控制250

7.3.5自校正控制系统253

7.4模型预测控制254

7.4.1预测控制的基本思想255

7.4.2单输入单输出模型的预测258

7.4.3输出反馈和偏差校正260

7.4.4多输入多输出模型的预测261

7.4.5模型预测控制的动态优化263

7.4.6具有约束的MPC控制265

7.4.7模型预测控制器（MPC）的工程实现与参数整定266

7.5非线性过程控制269

7.5.1过程控制中的常见非线性环节269

7.5.2各种类型的开关式调节器272

7.5.3非线性PID调节器275

习题与思考题277

第8章 单回路调节器与集散控制系统278

8.1单回路可编程调节器YS1700278

8.1.1 YS1700的基本组成与工作原理279

8.1.2 YS1700的基本操作与信息流程281

8.1.3 YS1700用户程序的基本结构与编制方法284

8.1.4 YS1700控制功能模块的结构及其编程287

8.1.5 YS1700中的控制算法300

8.1.6 YS1700中的运算模块312

8.1.7 YS1700用户程序的写入与调试323

8.1.8 YS1700的网络通信功能330

8.2集散控制系统338

8.2.1集散控制系统概述338

8.2.2 DCS的体系结构338

8.2.3 DCS的硬件组成339

8.2.4 DCS的软件组成342

8.2.5 DCS的通信网络343

8.2.6几种典型DCS介绍346

8.2.7 DCS的局限性及发展趋势360

习题与思考题361

第9章 现场总线控制系统362

9.1自动化仪表通信技术概述363

9.1.1自动化仪表间信号传输标准的发展363

9.1.2开放系统互连参考模型365

9.1.3信号传输的调制解调技术366

9.2 HART通信技术367

9.2.1 HART通信物理层368

9.2.2 HART通信数据链路层369

9.2.3 HART通信应用层373

9.2.4 HART协议智能检测仪表375

9.3基金会现场总线通信技术379

9.3.1 FF H 1现场总线基本通信模型379

9.3.2 FF H 1现场总线物理层381

9.3.3 FF H 1现场总线数据链路层383

9.3.4 FF H 1现场总线应用层387

9.4基金会现场总线的用户应用389

9.4.1用户应用模块389

9.4.2系统管理401

9.4.3设备信息文件403

9.4.4现场总线控制系统的设计405

9.5现场总线在集散控制系统中的集成408

9.5.1现场总线控制系统System 302的组成408

9.5.2系统System 302中现场设备与网络的组态413

9.5.3系统System 302中人机界面的组态415

9.6基金会现场总线HSE简介416

9.6.1 HSE基本通信模型416

9.6.2 HSE网络通信原理417

9.7工业无线网络技术的发展与应用420

习题与思考题424

第10章 典型工业过程的控制425

10.1能源工业锅炉设备的控制425

10.1.1火力发电机组的生产过程及其对控制的要求425

10.1.2汽轮机控制系统427

10.1.3蒸汽锅炉控制系统概述429

10.1.4汽包水位控制系统430

10.1.5锅炉燃烧控制系统434

10.1.6过热蒸汽温度控制系统439

10.1.7锅炉控制系统的应用实例441

10.2石油加工精馏过程的控制443

10.2.1石油加工过程控制系统概述443

10.2.2精馏塔的控制要求与控制特性444

10.2.3精馏塔质量指标的选取449

10.2.4精馏塔的基本控制方案451

习题与思考题459

参考文献460