生產(chǎn)過程控制是自動化學科的重要組成部分，是跨越自動控制原理和工業(yè)實踐應用之間的橋梁，是將自動控制理論靈活應用于工業(yè)生產(chǎn)實踐不可或缺的部分。本書從工業(yè)自動控制系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)出發(fā)，逐一介紹過程控制中的對象模型、執(zhí)行器、控制器、檢測儀表（壓力、溫度、流量、物位、成分的檢測）、變送器等，以及相關(guān)的本安防爆技術(shù)。分析上述組成部分在控制系統(tǒng)中的作用及工作原理，進而引出上述儀表性能和特性對控制系統(tǒng)設計的相關(guān)意義。同時，本書以上述儀表相關(guān)知識為基礎(chǔ)，論述過程控制系統(tǒng)的基本設計方法，詳細描述被控參數(shù)、控制參數(shù)、干擾通道、控制通道選擇對控制系統(tǒng)的影響，并以控制系統(tǒng)基本設計方法為出發(fā)點，引入前饋、串級、純滯后、比值、均勻、選擇性、分程等特殊控制系統(tǒng)的設計方法和基本思路。在描述控制系統(tǒng)的設計過程中，本書嘗試從控制理論中的頻域理論角度，分析和設計生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。本書最后介紹自適應、預測、專家、模糊、集散等先進過程控制方法。本書共9章，每章附有思考題與習題，并提供配套電子課件和習題參考答案等。本書可作為高等學校自動化專業(yè)及石化、電子、輕工等專業(yè)本科高年級和研究生相關(guān)課程的教材或參考書，也可供工業(yè)控制工程技術(shù)人員學習參考。
張治國，男，電子科技大學教授，博士。長期從事自動控制領(lǐng)域過程控制方向的科研和一線教學工作，并出版了大量科研論文與著作，科研、教學、寫作經(jīng)驗豐富。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 過程控制系統(tǒng)定義與特性 1
1.2 過程控制系統(tǒng)類型和組織形式 2
1.3 過程控制的發(fā)展歷程 3
1.3.1 設備與儀表發(fā)展階段 3
1.3.2 策略與算法發(fā)展概況 4
1.4 過程控制系統(tǒng)響應狀態(tài) 4
1.4.1 穩(wěn)態(tài)與動態(tài)過程 4
1.4.2 動態(tài)過程表現(xiàn)形式 4
1.5 控制系統(tǒng)的性能指標 5
1.5.1 單項性能指標 6
1.5.2 綜合性能指標 7
1.6 過程控制系統(tǒng)的組成 8
思考題與習題 10
第2章 過程控制中的對象模型 11
2.1 被控對象數(shù)學模型的意義 11
2.1.1 數(shù)學模型的重要性 11
2.1.2 數(shù)學模型的主要用途 11
2.1.3 過程控制模型要求 12
2.1.4 過程控制中常用的建模方法 12
2.2 過程控制的典型環(huán)節(jié)模型 13
2.2.1 具有自衡特性的單容模型 13
2.2.2 無自衡特性的單容模型 16
2.2.3 多容過程建模 16
2.3 階躍響應法建模 18
2.3.1 模型的類型 18
2.3.2 由階躍響應曲線確定一階環(huán)節(jié)的參數(shù) 20
2.3.3 由階躍響應曲線確定帶時延的一階環(huán)節(jié)的參數(shù) 21
2.3.4 由階躍響應曲線確定二階環(huán)節(jié)參數(shù) 23
2.3.5 飛升曲線法 25
2.4 周期信號響應法建模 26
2.5 最小二乘法建模 28
2.5.1 基本最小二乘法模型 28
2.5.2 遞推的最小二乘法 30
2.6 基于M序列信號測定對象的動態(tài)特征 33
2.6.1 相關(guān)分析法的基本原理 34
2.6.2 偽隨機序列基本理論 35
2.6.3 偽隨機序列的產(chǎn)生方法 36
思考題與習題 38
第3章 過程控制中的執(zhí)行器 39
3.1 儀表類設備的基本性能指標 39
3.2 執(zhí)行器的分類和結(jié)構(gòu) 41
3.2.1 調(diào)節(jié)閥分類和作用 41
3.2.2 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和組成 41
3.2.3 執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)的裝配 42
3.3 執(zhí)行機構(gòu)的組成和功能 43
3.3.1 閥門定位器 44
3.3.2 電/氣轉(zhuǎn)換器 45
3.3.3 定位器和轉(zhuǎn)換器的結(jié)合 45
3.4 調(diào)節(jié)機構(gòu)功能和流量特性 46
3.4.1 固有流量特性 46
3.4.2 工作流量特性 48
3.5 電動調(diào)節(jié)閥 50
3.6 調(diào)節(jié)閥的選型 51
3.7 智能式調(diào)節(jié)閥 53
思考題與習題 54
第4章 控制器與控制算法實現(xiàn) 55
4.1 控制器的種類 55
4.1.1 控制器常見信號形式 55
4.1.2 控制儀表的表現(xiàn)形式 55
4.2 自力式和位式控制系統(tǒng) 56
4.2.1 自力式控制系統(tǒng) 56
4.2.2 位式控制系統(tǒng) 57
4.3 DDZ-Ⅲ型控制器的整體機構(gòu) 58
4.3.1 DDZ-Ⅲ型控制器的特點 58
4.3.2 DDZ-Ⅲ型控制器的操作與交互面板 58
4.3.3 DDZ-Ⅲ型控制器電路結(jié)構(gòu)和實例 60
4.4 控制器輸入電路 60
4.4.1 輸入電路與正反作用 60
4.4.2 輸入電路與信號偏差 61
4.5 PD控制器相關(guān)特性及運算電路 62
4.5.1 比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)） 62
4.5.2 比例微分調(diào)節(jié)（PD調(diào)節(jié)） 63
4.5.3 PD運算的電路實現(xiàn) 64
4.6 PI控制器相關(guān)特性及運算電路 65
4.6.1 積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié)） 65
4.6.2 比例積分調(diào)節(jié)（PI調(diào)節(jié)） 66
4.6.3 PI運算的電路實現(xiàn) 67
4.7 PID控制器相關(guān)特性及運算電路 68
4.7.1 比例積分微分調(diào)節(jié)（PID調(diào)節(jié)） 68
4.7.2 PID運算的電路實現(xiàn) 69
4.8 控制器輸出電路 70
4.9 控制器附屬電路 71
4.9.1 手動操作切換電路 71
4.9.2 測量及給定指示電路 73
4.10 數(shù)字式PID控制器 74
4.10.1 SLPC單回路可編程控制器的電路原理 74
4.10.2 SLPC的數(shù)字控制算法 76
4.11 SLPC單回路可編程控制器的用戶程序 79
4.11.1 控制模塊 79
4.11.2 用戶程序的寫入和調(diào)試 80
4.12 可編程邏輯控制器 80
4.12.1 可編程邏輯控制器的優(yōu)點 80
4.12.2 PLC的基本組成 81
4.12.3 PLC等效繼電器邏輯 82
4.12.4 PLC的工作方式 82
4.12.5 PLC的編程語言 83
思考題與習題 84
第5章 過程控制中的檢測儀表 86
5.1 壓力檢測及儀表 86
5.1.1 工業(yè)壓力的定義 86
5.1.2 壓力常用檢測方法 87
5.1.3 彈性式壓力計 88
5.1.4 電氣式壓力計 89
5.2 溫度檢測及儀表 94
5.2.1 溫度檢測方法 94
5.2.2 熱電偶溫度計 95
5.2.3 熱電阻溫度計 99
5.2.4 集成溫度傳感器 101
5.3 流量檢測及儀表 102
5.3.1 流量的基本概念 102
5.3.2 橢圓齒輪流量計 102
5.3.3 渦輪流量計 103
5.3.4 靶式流量計 104
5.3.5 差壓式流量計 105
5.3.6 轉(zhuǎn)子流量計 107
5.3.7 電磁流量計 108
5.3.8 旋渦式流量計 108
5.3.9 超聲波流量計 110
5.4 物位檢測及儀表 112
5.4.1 概述 112
5.4.2 差壓式液位變送器 112
5.4.3 電容式物位變送器 114
5.4.4 超聲波液位變送器 116
5.5 成分檢測及儀表 117
5.5.1 紅外線氣體分析儀 117
5.5.2 氧化鋯氧量計 119
5.5.3 氣相色譜分析儀 121
思考題與習題 122
第6章 顯示變送原理和安全柵 124
6.1 測量值顯示與記錄 124
6.1.1 動圈式指示儀表基本原理 124
6.1.2 數(shù)字式指示儀表 124
6.1.3 自動記錄原理 125
6.2 電容變送器基本原理 126
6.2.1 交流電橋變送原理 126
6.2.2 電容差變送原理 127
6.3 傳感器電信號變送原理 128
6.3.1 模擬式變送器 129
6.3.2 DDZ-Ⅲ型變送器實際線路舉例 131
6.4 智能變送器 132
6.5 安全柵 134
6.5.1 安全防爆的基本概念 134
6.5.2 安全火花防爆系統(tǒng) 135
6.5.3 安全柵的工作原理 136
思考題與習題 138
第7章 簡單控制系統(tǒng)設計 140
7.1 簡單控制系統(tǒng)整體框架 140
7.2 過程控制系統(tǒng)設計相關(guān)問題 142
7.2.1 過程控制系統(tǒng)設計的衡量標準 142
7.2.2 過程控制系統(tǒng)的主要設計工作 142
7.2.3 過程控制系統(tǒng)設計的流程 143
7.3 被控變量與控制方案設計 143
7.4 控制變量與控制品質(zhì) 145
7.4.1 控制變量和干擾的相互關(guān)系 145
7.4.2 干擾通道特性與控制變量選擇 146
7.4.3 控制通道特性與控制變量選擇 149
7.4.4 控制變量選擇的一般原則 153
7.5 簡單控制系統(tǒng)的設備選擇 153
7.5.1 執(zhí)行器與控制品質(zhì) 153
7.5.2 傳感器特性與控制方案設計 154
7.5.3 調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇 156
7.6 調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法 158
7.6.1 穩(wěn)定邊界法 158
7.6.2 響應曲線法 160
7.6.3 衰減曲線法 161
7.6.4 經(jīng)驗法 162
7.6.5 幾種工程整定方法的比較 164
7.7 簡單控制系統(tǒng)設計實例 164
7.7.1 生產(chǎn)過程概述 164
7.7.2 被控變量選擇 165
7.7.3 控制變量選擇 165
7.7.4 檢測儀表、調(diào)節(jié)閥及調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律選擇 167
7.7.5 繪制控制系統(tǒng)圖 167
7.7.6 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 168
思考題與習題 168
第8章 復雜控制系統(tǒng) 170
8.1 克服強干擾與前饋控制系統(tǒng) 170
8.1.1 前饋控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 170
8.1.2 前饋控制系統(tǒng)的典型形式 172
8.1.3 前饋控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點 173
8.1.4 前饋-反饋控制系統(tǒng) 174
8.1.5 工業(yè)實踐中前饋控制規(guī)律通用表達形式 177
8.1.6 前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 178
8.1.7 前饋控制系統(tǒng)的選用原則 181
8.2 容量滯后與串級控制系統(tǒng) 182
8.2.1 串級控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu) 182
8.2.2 串級控制系統(tǒng)的特點 186
8.2.3 串級控制系統(tǒng)的設計 191
8.2.4 前饋-串級控制系統(tǒng) 192
8.2.5 串級控制系統(tǒng)控制器參數(shù)整定 194
8.2.6 串級控制系統(tǒng)的應用實例 194
8.3 純滯后及其控制方法 196
8.3.1 概述 196
8.3.2 純滯后環(huán)節(jié)的頻域特點 196
8.3.3 大滯后過程的采樣控制 198
8.3.4 大滯后過程的Smith預估補償控制 199
8.4 配比傳送與比值控制系統(tǒng) 201
8.4.1 比值控制系統(tǒng)的組成原理 201
8.4.2 比值控制系統(tǒng)的整定 204
8.5 均勻控制系統(tǒng) 206
8.5.1 均勻控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu) 206
8.5.2 均勻控制系統(tǒng)控制規(guī)律的選擇及參數(shù)整定 209
8.6 選擇性控制系統(tǒng) 210
8.6.1 選擇性控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu) 210
8.6.2 選擇性控制系統(tǒng)的設計 212
8.7 分程控制系統(tǒng) 213
8.7.1 分程控制系統(tǒng)的基本原理和特點 213
8.7.2 分程控制系統(tǒng)中閥門組合的特點 213
8.7.3 多種控制器件的銜接問題 215
思考題與習題 216
第9章 先進過程控制技術(shù) 219
9.1 概述 219
9.2 自適應控制 220
9.2.1 自校正控制系統(tǒng) 220
9.2.2 模型參考自適應控制系統(tǒng) 221
9.3 預測控制 221
9.3.1 模型算法控制 222
9.3.2 動態(tài)矩陣控制 224
9.4 專家系統(tǒng) 226
9.4.1 專家系統(tǒng)的特點 226
9.4.2 專家系統(tǒng)的類型 226
9.4.3 新型專家系統(tǒng) 227
9.5 模糊控制 228
9.5.1 模糊控制的基本原理 228
9.5.2 模糊控制的優(yōu)點 231
9.6 神經(jīng)網(wǎng)絡控制 231
9.6.1 神經(jīng)元模型 231
9.6.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡 233
9.6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡在控制中的應用 234
9.7 集散控制系統(tǒng) 234
9.7.1 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展 234
9.7.2 集散控制系統(tǒng)的組成 235
9.7.3 集散控制系統(tǒng)的特點 236
9.8 計算機控制系統(tǒng) 237
9.8.1 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 237
9.8.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 237
9.8.3 計算機監(jiān)督控制系統(tǒng) 238
思考題與習題 239
參考文獻 240
書單推薦
