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第一篇 控制系统3

第1章 控制系统概述3

1.1自动控制基本概念3

1.1.1生活环境中的自动控制系统3

1.1.2工业生产中的自动控制系统4

1.1.3信息处理6

1.1.4生物系统6

1.1.5社会经济系统6

1.2反馈原理7

1.2.1反馈7

1.2.2负反馈系统7

1.2.3正反馈系统8

1.3基本概念及术语9

1.4控制系统分类10

1.4.1各种分类方法10

1.4.2按给定值分类10

1.5自动化技术简要发展史11

1.5.1工匠技巧阶段11

1.5.2技术化和理论化阶段11

1.5.3系统化和智能化方法12

第2章 控制系统分析14

2.1传递函数14

2.1.1传递函数概念14

2.1.2拉普拉斯变换15

2.2方块图17

2.2.1方块图的基本单元17

2.2.2方块图的应用18

2.3数学模型19

2.3.1概述19

2.3.2机理建模20

2.3.3实验建模25

2.3.4过程特性参数K、T、τ26

2.4瞬态响应法30

2.4.1瞬态响应分析方法30

2.4.2控制系统的过渡过程31

2.4.3过渡过程的品质指标32

第3章 简单控制系统34

3.1系统组成原理及分析34

3.1.1系统组成原理34

3.1.2调节过程分析35

3.2简单控制系统的设计36

3.2.1控制系统设计概述36

3.2.2被控变量的选择37

3.2.3调节变量的选择39

3.2.4被控变量的测量39

3.2.5调节器及调节规律的选择40

3.2.6调节器作用方向的选择42

3.2.7执行器正反作用的选择44

3.3控制系统的投运与参数整定44

3.3.1投运步骤44

3.3.2调节器参数整定45

第4章 复杂控制系统49

4.1串级控制系统49

4.1.1组成原理49

4.1.2调节过程51

4.1.3系统特点52

4.1.4系统设计53

4.2均匀控制系统56

4.2.1均匀控制原理56

4.2.2均匀控制的实现方案57

4.3比值控制系统58

4.3.1比值控制原理58

4.3.2比值控制系统类型58

4.4分程控制系统60

4.4.1分程控制原理60

4.4.2分程控制的应用61

4.5选择性控制系统63

4.5.1选择性控制原理63

4.5.2选择性控制系统的类型64

4.5.3积分饱和问题66

4.6前馈控制系统66

4.6.1前馈控制原理66

4.6.2前馈控制与反馈控制的比较67

4.6.3前馈控制的应用68

4.6.4多冲量控制系统71

第5章 先进控制系统73

5.1解耦控制74

5.1.1系统间的关联74

5.1.2解耦控制74

5.2时滞补偿控制系统76

5.2.1史密斯（Smith）预估算法76

5.2.2史密斯预估算法的改进77

5.3软测量技术和推断控制77

5.3.1软测量技术的意义77

5.3.2软测量的方法78

5.3.3推断控制79

5.4自适应控制80

5.4.1变增益自适应控制系统80

5.4.2模型参考自适应控制系统81

5.4.3直接优化目标函数的自适应控制系统81

5.4.4自校正控制系统82

5.5预测控制82

5.5.1模型算法控制83

5.5.2动态矩阵控制85

5.5.3广义预测控制85

5.6智能控制85

5.6.1智能控制概述85

5.6.2模糊控制87

5.6.3神经网络控制88

第6章 典型过程单元控制系统90

6.1流体输送设备的控制90

6.1.1离心泵的控制方案91

6.1.2往复泵的控制方案92

6.1.3压气机的控制方案93

6.2精馏塔的自动控制94

6.2.1工艺要求和约束条件95

6.2.2精馏塔的干扰因素96

6.2.3精馏塔的控制方案98

6.3化学反应器的自动控制103

6.3.1化学反应器的控制要求104

6.3.2釜式反应器的温度自动控制105

6.3.3固定床反应器的自动控制106

6.3.4流化床反应器的自动控制107

6.4传热设备的自动控制108

6.4.1传热设备的控制目标108

6.4.2一般传热设备的控制方案109

6.4.3载热体进行冷凝的加热器自动控制111

6.4.4冷却剂进行汽化的冷却器自动控制112

6.4.5管式加热炉控制方案113

例题与习题115

第二篇 过程控制仪表127

第7章 检测元件及变送器127

7.1测量误差和测量仪表的性能指标127

7.1.1测量误差127

7.1.2测量仪表的性能指标129

7.2温度的检测及变送132

7.2.1温度测量的基本方法132

7.2.2热电偶温度计135

7.2.3热电阻温度计141

7.2.4温度变送器143

7.2.5测温元件的安装和使用148

7.2.6温度显示仪表149

7.3压力的测量及变送154

7.3.1测压仪表154

7.3.2压力变送器156

7.3.3压力计的选用和安装158

7.4流量的检测及变送160

7.4.1差压式流量计161

7.4.2转子流量计164

7.4.3涡轮流量计166

7.4.4电磁流量计167

7.4.5漩涡流量计168

7.4.6椭圆齿轮流量计168

7.4.7质量流量计169

7.5物位的检测及变送169

7.5.1物位检测仪表169

7.5.2差压式液位变送器170

7.5.3电容式物位计172

7.5.4液罐称重仪173

7.6成分分析仪表174

7.6.1仪器分析方法175

7.6.2过程分析仪器178

第8章 调节器180

8.1电动控制仪表概述180

8.2调节器的调节规律181

8.2.1位式调节181

8.2.2 PID调节规律182

8.3模拟式调节器187

8.3.1 DDZ -Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型仪表的比较187

8.3.2 DDZ -Ⅱ型电动调节器188

8.3.3 DDZ -Ⅲ型电动调节器190

8.4数字式调节器192

8.4.1单回路可编程数字调节器的特点192

8.4.2单回路可编程数字调节器的基本组成192

8.4.3单回路可编程数字调节器的功能194

第9章 执行器195

9.1概述195

9.2气动执行器196

9.2.1气动调节阀的结构196

9.2.2气动薄膜调节阀的类型198

9.2.3调节阀的静态特性200

9.2.4调节阀的动态特性和变差205

9.2.5调节阀的选择205

9.3电动执行器207

9.4电-气转换器及电-气阀门定位器209

9.4.1电-气转换器209

9.4.2电-气阀门定位器210

9.5变频器211

9.5.1变频器的基本结构211

9.5.2变频调速特性212

9.5.3变频器的分类213

9.5.4变频器中常用的控制方式213

9.5.5变频器控制的展望215

例题与习题216

第三篇 计算机控制229

第10章 过程计算机控制系统229

10.1概述229

10.2过程计算机控制系统的特点229

10.3过程计算机控制系统的组成230

10.3.1硬件部分231

10.3.2软件部分232

10.4过程计算机控制系统的基本类型232

10.4.1计算机数据采集系统232

10.4.2操作指导控制系统232

10.4.3直接数字控制系统（DDC）233

10.4.4计算机监督控制系统（SCC）233

10.4.5分级控制系统233

10.4.6集散控制系统（DCS）233

10.4.7可编程控制器（PLC）234

10.4.8现场总线控制系统（FCS）234

10.5数字式PID控制系统整定234

10.5.1数字PID控制算法234

10.5.2数字PID控制器参数整定235

10.6计算机控制系统设计的一般步骤237

10.6.1确定控制任务237

10.6.2系统的总体方案设计238

10.6.3硬件设计及调试239

10.6.4软件设计239

10.6.5确定控制算法239

10.6.6现场安装调试240

10.6.7建立完整的技术档案240

第11章 集散控制系统241

11.1概述241

11.1.1集散控制系统的发展241

11.1.2集散控制系统的特点241

11.2集散控制系统的基本构成243

11.2.1过程输入／输出接口244

11.2.2过程控制单元244

11.2.3操作站244

11.2.4高速数据通路244

11.2.5上位计算机245

11.3 TDC 3000系统概况245

11.3.1 LCN通信网络及其模件247

11.3.2万能控制网络及模件250

11.4集散控制系统的组态253

11.4.1集散控制系统硬件组态253

11.4.2集散控制系统的应用软件组态254

第12章 可编程控制器255

12.1概述255

12.1.1可编程控制器的发展史255

12.1.2可编程控制器的特点256

12.1.3可编程控制器的主要功能257

12.2可编程控制器的组成原理257

12.2.1可编程控制器的硬件结构258

12.2.2可编程控制器的软件系统260

12.2.3可编程控制器的编程语言261

12.3可编程控制器的工作原理264

12.3.1运行监控任务264

12.3.2与编程器交换信息任务264

12.3.3与数字处理器DPU交换信息任务264

12.3.4与外部设备接口交换信息任务265

12.3.5执行用户程序任务265

12.3.6输入输出任务265

12.4可编程控制器应用系统设计方法265

12.4.1总体设计265

12.4.2硬件设计265

12.4.3软件设计266

12.4.4联机调试266

第13章 现场总线控制技术与工业以太网267

13.1现场总线概述267

13.1.1现场总线控制系统的发展概况267

13.1.2现场总线控制系统的特点268

13.1.3现场总线控制系统的组成269

13.2工业以太网269

13.2.1以太网的发展历史270

13.2.2以太网的介质访问控制协议270

13.2.3以太网在自动化领域的应用270

13.2.4以太网应用于工业自动化中的关键问题及发展方向272

13.3基金会现场总线273

13.3.1基金会现场总线的通信系统273

13.3.2基金会现场总线系统的组态与运行274

13.3.3设备描述与FF产品开发275

13.3.4现场总线控制系统软件276

13.4现场总线控制系统的应用277

例题与习题281

试卷一283

试卷二288

试卷三293

试卷四298

参考答案303

参考文献317