本書(shū)是為了適應(yīng)高等院校培養(yǎng)高水平應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)人才目標(biāo)的需要而編寫(xiě)的。本書(shū)主要內(nèi)容包括自動(dòng)化及儀表、典型控制系統(tǒng)及應(yīng)用、先進(jìn)控制技術(shù)與理論三大部分。其中，自動(dòng)化及儀表部分主要介紹了過(guò)程自動(dòng)化基本知識(shí)，檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，檢測(cè)儀表、執(zhí)行儀表、控制儀表等的基本工作原理；典型控制系統(tǒng)及應(yīng)用部分全面介紹了單回路控制、串級(jí)控制、比值控制、分程控制、前饋控制等系統(tǒng)和工程；先進(jìn)控制技術(shù)與理論部分主要介紹了時(shí)滯過(guò)程控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)等。同時(shí)，本書(shū)融入課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)，提供可參考的德育、智育課程體系，以實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)課程思政育人目標(biāo)。本書(shū)免費(fèi)提供電子課件等教學(xué)資源，讀者可登錄華信教育資源網(wǎng)(www.hxedu.com.cn)下載使用。本書(shū)理論聯(lián)系實(shí)際、內(nèi)容豐富、化工案例特色鮮明、實(shí)用性強(qiáng)，可作為自動(dòng)化、智能制造工程、工業(yè)智能、測(cè)控技術(shù)與儀器、化學(xué)工藝與工程等專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程的教材，也可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究生及專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和參考。
肖中俊，1979年生，湖北大悟人，工學(xué)博士，齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）教授，碩士生導(dǎo)師，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人，山東省課程思政研究中心工作人員。主講山東省一流本科課程《過(guò)程控制》、山東省數(shù)字化優(yōu)質(zhì)課程《儀表及自動(dòng)化》，主持省級(jí)以上教研課題5項(xiàng)，發(fā)表高水平教科研究論文30余篇，出版專(zhuān)著1部、編著2部、教材2部。獲得山東省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、校級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)。指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新競(jìng)賽獲得國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)16項(xiàng)、省級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)30余項(xiàng)。曾獲學(xué)校第一屆”說(shuō)課能手”、第三屆教學(xué)方法改革標(biāo)兵、第六屆“師德標(biāo)兵”榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)，是德融好教案、好課堂、好教師獲得者，連續(xù)多年年度考核優(yōu)秀，被評(píng)為校先進(jìn)個(gè)人、優(yōu)秀共產(chǎn)黨員，獲教學(xué)質(zhì)量?jī)?yōu)秀獎(jiǎng)、教學(xué)質(zhì)量卓越獎(jiǎng)。
目 錄
第1章 過(guò)程控制系統(tǒng)基本概念 1
1.1 概述 1
1.2 過(guò)程控制技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況 1
1.3 過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)的知識(shí)內(nèi)容 3
1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與分類(lèi) 4
1.4.1 過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 4
1.4.2 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi) 5
1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式 5
1.5.1 基本組成原理 5
1.5.2 控制系統(tǒng)框圖表示方法 7
1.5.3 管道及儀表流程圖 8
1.6 過(guò)程控制系統(tǒng)的基本要義 10
1.7 過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程與質(zhì)量
指標(biāo) 12
1.7.1 穩(wěn)定性描述 12
1.7.2 階躍響應(yīng)型單項(xiàng)性能指標(biāo) 13
1.7.3 誤差性能指標(biāo) 14
第2章 過(guò)程特性與建模 16
2.1 過(guò)程的特點(diǎn)及描述方法 16
2.2 過(guò)程的數(shù)學(xué)模型及其建立 16
2.2.1 過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 16
2.2.2 過(guò)程建模的目的與基本原則 18
2.2.3 過(guò)程建模的方法 19
2.3 機(jī)理法建模 20
2.3.1 機(jī)理法建模思路 20
2.3.2 數(shù)學(xué)模型具體表達(dá)式 20
2.3.3 一階過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 22
2.3.4 二階過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 24
2.3.5 具有純滯后特性過(guò)程的數(shù)學(xué)
模型 26
2.3.6 高階過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 27
2.4 測(cè)試法建模 27
2.4.1 測(cè)試法建模思路 27
2.4.2 時(shí)域法 28
2.5 基于最小二乘法的過(guò)程辨識(shí) 33
2.5.1 離散時(shí)間系統(tǒng)模型 33
2.5.2 最小二乘問(wèn)題的提法與求解 33
2.5.3 遞推最小二乘法 34
2.6 過(guò)程特性的參數(shù)分析 35
第3章 檢測(cè)技術(shù)及儀表 38
3.1 概述 38
3.1.1 檢測(cè)的概念 38
3.1.2 測(cè)量的單位 39
3.2 檢測(cè)儀表的分類(lèi)與組成 39
3.3 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 40
3.4 測(cè)量誤差 43
3.4.1 測(cè)量誤差的意義 43
3.4.2 測(cè)量誤差的定義 43
3.4.3 測(cè)量誤差的分類(lèi) 43
3.4.4 測(cè)量誤差的表示 44
3.4.5 準(zhǔn)確度、精密度和精確度 45
3.5 測(cè)量的數(shù)據(jù)處理 46
3.5.1 測(cè)量結(jié)果的表示方法 46
3.5.2 有效數(shù)字的處理原則 46
3.5.3 異常測(cè)量值的判別與舍棄 47
3.6 壓力檢測(cè)及其儀表 47
3.6.1 壓力的有關(guān)概念 48
3.6.2 電氣式壓力計(jì) 49
3.6.3 智能型差壓/壓力變送器 56
3.6.4 壓力計(jì)的選用、安裝與校驗(yàn) 58
3.7 流量檢測(cè)及流量?jī)x表 62
3.7.1 流量的定義與單位 62
3.7.2 差壓式流量計(jì) 63
3.7.3 浮子流量計(jì) 69
3.7.4 橢圓齒輪流量計(jì) 74
3.7.5 渦輪流量計(jì) 75
3.7.6 電磁流量計(jì) 76
3.7.7 渦街流量計(jì) 78
3.7.8 質(zhì)量流量計(jì) 80
3.8 物位檢測(cè)及儀表 82
3.8.1 概述 82
3.8.2 差壓液位變送器 83
3.8.3 電容式物位傳感器 85
3.8.4 核輻射物位計(jì) 87
3.8.5 稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x 88
3.9 溫度檢測(cè)及儀表 89
3.9.1 溫度檢測(cè)方法及儀表 89
3.9.2 熱電偶溫度計(jì) 91
3.9.3 熱電阻溫度計(jì) 99
3.10 成分的檢測(cè)及儀表 104
3.10.1 紅外吸收式分析儀表 104
3.10.2 氣相色譜儀 105
3.10.3 液體濃度的檢測(cè)及儀表 106
3.10.4 pH值的測(cè)量及儀表 109
第4章 控制算法與儀表 112
4.1 基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程
的影響 112
4.1.1 位式控制 113
4.1.2 比例控制 114
4.1.3 積分控制 115
4.1.4 微分控制 116
4.2 傳統(tǒng)PID控制器 117
4.3 PID控制選擇及應(yīng)用 120
4.3.1 基本控制算法選擇 120
4.3.2 PID控制器的正/反作用
方式 120
4.3.3 PID控制器的積分飽和及其
抵抗方法 121
4.4 模擬控制儀表 122
4.4.1 模擬控制儀表概況 122
4.4.2 輸入電路 124
4.4.3 PD電路 125
4.4.4 輸出電路 127
4.4.5 手動(dòng)操作電路及無(wú)擾切換 127
4.4.6 指示電路 129
4.5 數(shù)字控制儀表 129
第5章 執(zhí)行器與安全柵 132
5.1 概述 132
5.2 氣動(dòng)執(zhí)行器 133
5.2.1 氣動(dòng)執(zhí)行器基本結(jié)構(gòu) 133
5.2.2 調(diào)節(jié)閥的類(lèi)型 134
5.2.3 調(diào)節(jié)閥的流量特性 135
5.2.4 調(diào)節(jié)閥的選擇 140
5.3 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 141
5.4 變頻器 143
5.4.1 變頻器工作原理 143
5.4.2 變頻器分類(lèi) 144
5.4.3 變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)原理 145
5.4.4 變頻器在過(guò)程控制中的
應(yīng)用 147
5.5 安全柵 147
5.5.1 安全火花防爆概念 147
5.5.2 安全柵的基本類(lèi)型與原理 148
第6章 簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng) 150
6.1 單回路控制系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu) 150
6.1.1 單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 150
6.1.2 單回路控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)
描述 151
6.2 單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 151
6.2.1 被控量及其選擇 151
6.2.2 操縱量及控制通道的選擇 152
6.2.3 執(zhí)行器及其選擇 156
6.2.4 控制規(guī)律及其作用方式的
選擇 157
6.2.5 檢測(cè)器及其選擇配置 158
6.3 單回路控制系統(tǒng)投運(yùn)與參數(shù)整定 158
6.3.1 系統(tǒng)投運(yùn) 158
6.3.2 控制器參數(shù)整定及其方法 159
6.3.3 工程整定法 159
6.4 單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 163
6.4.1 生產(chǎn)過(guò)程描述 163
6.4.2 控制方案的選擇 164
6.5 工業(yè)過(guò)程單回路控制系統(tǒng)分析實(shí)踐 166
6.5.1 壓力單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng) 166
6.5.2 液位單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng) 168
6.5.3 流量單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng) 172
6.5.4 溫度單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng) 173
第7章 復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng) 175
7.1 串級(jí)控制系統(tǒng) 175
7.1.1 串級(jí)控制系統(tǒng)案例分析 175
7.1.2 串級(jí)控制系統(tǒng)工作原理 177
7.1.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 178
7.1.4 串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定 180
7.2 均勻控制系統(tǒng) 181
7.2.1 均勻控制 181
7.2.2 均勻控制方案 183
7.2.3 均勻控制器參數(shù)整定 184
7.3 比值控制系統(tǒng) 185
7.3.1 比值控制 185
7.3.2 比值控制方案 186
7.3.3 比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 189
7.3.4 比值器參數(shù)整定 190
7.4 分程控制系統(tǒng) 191
7.4.1 分程控制 191
7.4.2 分程控制應(yīng)用場(chǎng)合 192
7.4.3 分程控制中的幾個(gè)問(wèn)題 193
7.5 選擇性控制系統(tǒng) 195
7.5.1 選擇性控制 195
7.5.2 選擇性控制系統(tǒng)類(lèi)型 195
7.5.3 選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 197
7.6 前饋控制系統(tǒng) 198
7.6.1 前饋控制 198
7.6.2 前饋控制系統(tǒng)的幾種主要
結(jié)構(gòu)形式 200
7.6.3 前饋控制器的設(shè)計(jì) 202
第8章 時(shí)滯過(guò)程控制系統(tǒng) 204
8.1 Smith預(yù)估器 204
8.1.1 傳統(tǒng)Smith預(yù)估器 204
8.1.2 雙自由度Smith預(yù)估器 206
8.1.3 Smith預(yù)估器的特點(diǎn) 210
8.2 Dahlin算法 211
8.2.1 傳統(tǒng)Dahlin算法 211
8.2.2 具有分?jǐn)?shù)時(shí)滯的Dahlin
算法 212
8.3 內(nèi)模控制方法 213
8.3.1 傳統(tǒng)內(nèi)�？刂� 213
8.3.2 雙自由度內(nèi)�？刂� 216
8.4 預(yù)測(cè)控制的產(chǎn)生和發(fā)展 217
8.4.1 預(yù)測(cè)控制基本原理 218
8.4.2 預(yù)測(cè)控制統(tǒng)一數(shù)學(xué)描述 218
8.4.3 DMC模型 219
8.4.4 DMC算法原理 220
8.4.5 約束的處理 223
8.4.6 DMC算法控制參數(shù)的調(diào)整與
設(shè)計(jì) 224
8.5 時(shí)滯過(guò)程的GPC 225
8.5.1 時(shí)滯過(guò)程的描述 225
8.5.2 時(shí)滯過(guò)程輸出信號(hào)的最
優(yōu)線性預(yù)估 225
8.5.3 時(shí)滯過(guò)程的廣義預(yù)測(cè)控制器
設(shè)計(jì) 227
第9章 新型控制系統(tǒng)基礎(chǔ) 230
9.1 智能控制的研究對(duì)象與復(fù)雜系統(tǒng) 230
9.2 智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 231
9.3 現(xiàn)代智能控制理論 231
9.4 智能控制發(fā)展概況 235
9.5 模糊控制 236
9.5.1 模糊邏輯基礎(chǔ) 236
9.5.2 模糊控制系統(tǒng)的組成 242
9.5.3 模糊控制器的設(shè)計(jì) 244
9.6 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 247
9.6.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本概念 247
9.6.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和學(xué)習(xí)方法
分類(lèi) 248
9.6.3 典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 249
9.6.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 251
9.7 專(zhuān)家控制系統(tǒng) 253
9.7.1 專(zhuān)家系統(tǒng)構(gòu)成及特點(diǎn) 253
9.7.2 專(zhuān)家控制系統(tǒng)構(gòu)成及原理 254
9.7.3 專(zhuān)家控制器設(shè)計(jì) 257
9.8 解耦控制系統(tǒng) 259
9.8.1 解耦控制 259
9.8.2 解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 260
9.8.3 兩個(gè)相關(guān)的問(wèn)題 262
9.9 遺傳算法 263
9.9.1 遺傳算法概述 263
9.9.2 遺傳算法的工作原理 264
9.9.3 遺傳算法的實(shí)現(xiàn)和改進(jìn) 270
第10章 集散控制系統(tǒng) 274
10.1 集散控制系統(tǒng)概述 274
10.1.1 集散控制系統(tǒng)的組成 274
10.1.2 集散控制系統(tǒng)發(fā)展概況 277
10.1.3 集散控制系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn) 278
10.1.4 集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 281
10.2 MACS介紹 281
10.2.1 MACS的技術(shù)特點(diǎn) 282
10.2.2 MACS硬件體系 283
10.2.3 MACS軟件體系 287
10.3 PCS7介紹 289
10.3.1 PCS7的技術(shù)特點(diǎn) 289
10.3.2 PCS7的硬件體系 290
10.3.3 PCS7的軟件體系 293
附錄A 課程思政教學(xué)設(shè)計(jì) 296
參考文獻(xiàn) 302
書(shū)單推薦
