過程控制工程（簡體書）

過程控制工程是高等學校自動化專業的核心課程之一。《普通高等教育電氣工程與自動化（應用型）“十二五”規劃教材：過程控制工程》主要講述過程控制系統的設計理論、方法及其應用，主要內容包括：基於過程機理和數據驅動的過程建模方法，PID控制器設計，控制系統的結構設計，基於經驗的控制系統結構設計（包括串級控制、前饋控制、比值控制等），面向全流程的控制系統結構設計，模型預測控制，典型單元操作的控制（包括流體輸送、換熱器、精餾分離、化學反應器等），實時優化控制，間歇過程控制等。《普通高等教育電氣工程與自動化（應用型）“十二五”規劃教材：過程控制工程》選擇了許多控制工程領域最新的研究成果，對實際工作有現實指導意義。
《普通高等教育電氣工程與自動化（應用型）“十二五”規劃教材：過程控制工程》適用於自動化、化學工藝與工程、測控技術與儀器等本科專業高年級學生和不具備控制理論基礎的研究生學習，也可以作為參考資料，為在流程工業從事過程操作、系統管理、電氣工程、自動控制和儀錶等工作的工程師提供幫助。

前言

第一篇 過程模型
第1章 引言
1.1瞭解要控制的對象——工藝流程
1.2控制系統的組成
1.3與控制緊密相關的操作——性能評估和過程監視
1.4過程控制教育
第2章 典型過程的特徵與模型描述
2.1液位系統
2.1.1單容液位對象
2.1.2雙容液位對象
2.1.3三容液位對象
2.2反應器系統
2.3電機系統
2.4TE過程
2.4.1概述
2.4.2TE過程描述
2.4.3TE過程機理建模
思考題與習題
第3章 基於數據驅動的過程建模
3.1引言
3.2線性回歸
3.3非線性回歸
3.4軟測量模型
3.4.1明確任務
3.4.2輔助變量的選擇
3.4.3過程數據的處理及訓練樣本的確定
3.4.4軟測量模型的建立
3.4.5軟測量模型的在線校正
3.5主成分分析
3.5.1數據的標準化處理
3.5.2主成分分析的基本原理
3.6偏最小二乘
思考題與習題

第二篇 控制系統結構與算法
第4章 單回路控制
4.1概述
4.2傳感器和變送器
4.2.1儀錶信號的標準化
4.2.2傳感器
4.2.3變送器
4.3執行裝置
4.3.1控制閥
4.3.2閥位定位器
4.3.3特製尺寸的控制閥
4.3.4控制閥的口徑選擇
4.4儀錶準確度
4.5基本控制規律
4.5.1比例控制
4.5.2積分控制
4.5.3比例積分控制
4.5.4比例微分控制
4.5.5比例積分微分控制
4.5.6雙位控制
4.5.7數字PID控制器
4.6過程控制系統設計
4.6.1概述
4.6.2被控參數、控制參數的選擇
4.6.3確定控制方案及控制算法
4.6.4過程控制系統的硬件選擇
4.7過程的安全性
思考題與習題
第5章 擴展的單回路控制策略
5.1串級控制
5.1.1串級控制系統的基本概念
5.1.2串級控制系統分析
5.1.3串級控制系統設計
5.1.4串級控制系統投運及參數整定
5.2時延補償
5.3推斷控制
5.4自適應控制系統
思考題與習題
第6章 前饋和比值控制
6.1前饋控制系統
6.1.1前饋控制的基本原理
6.1.2前饋控制系統的幾種主要結構形式
6.1.3前饋?反饋控制系統
6.1.4前饋?串級控制系統
6.1.5前饋控制規律的實施
6.1.6前饋控制系統的應用
6.1.7前饋控制系統的參數整定
6.2比值控制概述
6.2.1開環比值控制系統
6.2.2單閉環比值控制系統
6.2.3雙閉環比值控制系統
6.2.4其他類型的比值控制系統
6.2.5比值係數的計算
6.2.6比值控制方案的實施
思考題與習題
第7章 控制系統的結構設計
7.1操作變量的選擇
7.1.1控制自由度
7.1.2根據工藝流程圖計算控制自由度
7.1.3計算實例
7.2受控變量的選擇
7.2.1自尋優原理
7.2.2基於自尋優原理選擇被控變量的計算方法
7.3受控變量和操作變量配對的方法
7.3.1相對增益法
7.3.2Niederlinski指數計算
思考題與習題
第8章 面向全流程的控制系統設計方法
8.1自動化系統架構
8.2控制結構設計任務及方法
8.2.1Luyben建議的全流程控制設計方法
8.2.2集成仿真與啟發式規則的全流程控制設計方法
8.3Skogestad 提出的全流程控制系統結構設計方法
8.3.1用於操作的自由度
8.3.2全流程控制系統設計方法
思考題與習題
第9章 基於模型的預測控制
9.1概述
9.2模型預測控制的基本原理
9.3動態矩陣控制
9.4商品化的預測控制軟件
9.4.1RMPCT概述及主要功能
9.4.2RMPCT的相關參數
9.4.3RMPCT的基本組成
9.4.4RMPCT的關鍵技術
9.4.5RMPCT的主要應用領域
思考題與習題

第三篇 控制系統應用
第10章 流體輸送設備的控制
10.1概述
10.2泵及壓縮機的控制方案
10.2.1離心泵
10.2.2容積泵
10.2.3壓縮機的控制
10.3離心式壓縮機的防喘振控制
10.3.1喘振現象及原因
10.3.2防喘振控制系統
10.4壓縮機的串並聯運行及其控制
思考題與習題
第11章 傳熱設備的控制
11.1概述
11.1.1傳熱設備分類
11.1.2傳熱設備的靜態特性
11.1.3傳熱設備的動態特性
11.2一般傳熱設備的控制
11.2.1載熱流體流量控制
11.2.2載熱流體汽化溫度控制
11.2.3工藝介質分路控制
11.2.4傳熱面積控制
11.3加熱爐的控制
11.3.1加熱爐的簡單控制
11.3.2加熱爐的串級控制
11.3.3加熱爐的安全聯鎖保護
11.4鍋爐的控制
11.4.1鍋爐鍋筒水位控制
11.4.2鍋爐燃燒過程控制
11.4.3蒸汽過熱系統控制
11.5仿真實例
思考題與習題
第12章 精餾塔的控制
12.1概述
12.1.1精餾塔的控制要求
12.1.2精餾塔的擾動分析
12.2精餾塔的靜態特性
12.2.1總物料平衡
12.2.2能量平衡
12.2.3擾動對靜態的影響
12.3精餾塔的動態特性
12.3.1動態平衡方程
12.3.2單一塔板的動態特性
12.3.3精餾塔的受控變量的選擇
12.4精餾塔的基本控制方案
12.4.1按精餾段指標控制
12.4.2按提餾段指標控制
12.4.3精餾塔壓力控制
12.5二元精餾塔仿真實例
思考題與習題
第13章 化學反應器的控制
13.1化學反應和化學反應器
13.1.1化學反應特徵
13.1.2化學反應器分類
13.1.3化學反應器的控制要求
13.2化學反應的基本規律
13.2.1反應速度方程
13.2.2均相反應動力學方程
13.2.3反應速度常數與溫度的關係
13.2.4化學平衡
13.3化學反應器動態數學模型
13.3.1單一不可逆反應
13.3.2反應器?汽提塔
13.3.3含兩種反應物的反應器?精餾塔
13.4化學反應器的常規控制
13.4.1單回路控制
13.4.2串級控制
13.4.3前饋控制
13.4.4分程控制
13.4.5分段控制
13.5反應器控制方案的應用
13.5.1反應器?精餾塔控制
13.5.2聚合釜內溫控制
13.5.3聚合釜溫度?壓力串級控制
13.6仿真實例
思考題與習題
第14章 實時優化控制
14.1概述
14.2實時優化實現流程
14.3實時優化問題描述與求解
14.4線性規劃
14.4.1線性規劃的標準形式
14.4.2線性規劃問題的求解方法
14.5非線性規劃
14.5.1非線性規劃問題描述
14.5.2非線性規劃問題MATLAB解法
14.5.3二次規劃
思考題與習題
第15章 間歇過程控制
15.1間歇過程控制簡介
15.1.1間歇過程的定義
15.1.2間歇過程的特點
15.1.3間歇過程控制的研究現狀
15.2順序邏輯控制
15.2.1引言
15.2.2順序控制技術的現狀及進展
15.3批次對批次控制
15.3.1批次對批次控制簡介
15.3.2典型的Run?to?Run過程舉例
15.3.3常見的幾種Run?to?Run控制器
15.3.4廠級控制
15.4指數加權移動平均控制器
15.4.1指數加權移動平均控制器介紹
15.4.2多入多出過程的雙指數加權移動平均控制器
15.4.3多變量指數加權移動平均控制器的穩定性分析

附錄
附錄A Laplace變換
A.1 典型函數的Laplace變換
A.2 Laplace變換的性質與定理
A.3 微分方程的Laplace變換解法
A.3.1 部分分式展開法
A.3.2 解微分方程的一般步驟
附錄B 常微分方程求解
B.1 數值積分法
B.2 常用方法
B.2.1 數值積分算法計算過程
B.2.2 積分步長的選擇
B.2.3 MATLAB的數值積分求解
方法
參考文獻