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1 绪论1

1.1 工业生产过程控制概述1

1.2 工业生产过程运行操作2

1.2.1 工业生产过程操作功能2

1.2.2 影响工业生产过程稳定因素3

1.2.3 影响工业生产过程控制的因素3

1.3 工业生产过程控制系统发展过程4

1.3.1 自动化仪表技术的发展4

1.3.2 计算机在工业生产控制中的应用6

1.4 工业生产过程自动化6

1.4.1 常规控制7

1.4.2 先进控制8

1.4.3 优化9

1.4.4 决策调度9

思考题与习题110

2 控制系统组成及性能指标11

2.1 控制系统组成11

2.1.1 控制系统组成11

2.1.2 控制系统的方框图13

2.2 控制性能指标15

2.2.1 控制系统的稳态和动态15

2.2.2 阶跃输入和过渡过程的形式15

2.2.3 控制系统的性能指标16

思考题与习题218

3 过程动态特性与建模20

3.1 典型被控过程20

3.1.1 自衡的非振荡过程20

3.1.2 无自衡的非振荡过程21

3.1.3 有自衡的振荡过程21

3.1.4 具有反向特性的过程21

3.2 系统被控变量的选择22

3.3 广义对象各环节特性对控制品质的影响24

3.3.1 增益（放大系数）K的影响24

3.3.2 时间常数T的影响25

3.3.3 时滞τ的影响25

3.3.4 操纵变量的选择26

3.4 过程建模26

3.4.1 过程建模目的和要求26

3.4.2 机理建模方法及举例27

3.4.3 测试法建模32

思考题与习题337

4 测量变送环节和执行器39

4.1 在系统设计时对测量变送环节的考虑39

4.1.1 关于测量误差39

4.1.2 测量信号的处理40

4.2 控制阀环节在控智系统设计中的考虑41

4.2.1 控制阀概述41

4.2.2 流量特性和阀门增益42

4.2.3 流量特性的选择44

4.2.4 非线性补偿的其他方法49

4.2.5 阀门定位器的使用49

4.3 其他执行器51

4.3.1 执行电动机51

4.3.2 液压传动和液压伺服系统56

思考题与习题457

5 常规控制器的选型、整定和系统投运59

5.1 三类常规控制器59

5.1.1 比例控制器59

5.1.2 比例积分控制器59

5.1.3 比例积分微分控制器62

5.1.4 积分饱和及其防止63

5.2 控制规律的选取63

5.3 控制器参数整定64

5.4 控制系统的投运67

思考题与习题567

6 串级控制系统69

6.1 基本原理和结构69

6.1.1 串级控制系统概念69

6.1.2 方块图及常用名词69

6.2 串级控制系统分析70

6.2.1 临界频率和临界增益70

6.2.2 关于系统的鲁棒性（Robust）72

6.2.3 对分析的归纳73

6.3 串级控制系统设计73

6.3.1 副变量的选择73

6.3.2 主、副控制器的选型74

6.3.3 主副控制器正、反作用选择74

6.3.4 防只分饱和74

6.3.5 串级系统投运及参数整定75

6.4 串级控制系统举例76

6.4.1 控制问题与方案设计76

6.4.2 仿真模型的建立77

6.4.3 串级系统PID参数整定78

6.4.4 串级控制与单回路控制的比较79

思考题与习题681

7 前馈及比值控制83

7.1 前馈控制系统的原理和特点83

7.1.1 前馈控制和不变性原理83

7.1.2 前馈控制系统的特点85

7.2 前馈控制系统的几种结构形式85

7.2.1 静态前馈85

7.2.2 动态前馈86

7.2.3 前馈-反馈控制系统87

7.2.4 前馈-串级控制系统88

7.2.5 多变量前馈控制89

7.2.6 用计算机实施前馈控制91

7.3 比值控制系统92

7.3.1 比值控制概述92

7.3.2 定比值控制系统93

7.3.3 变比值控制系统95

7.3.4 比值控制系统的实施96

7.3.5 比值控制系统的设计、投运及整定98

7.3.6 比值控制系统中的若干问题99

思考题与习题7101

8 特殊控制系统104

8.1 均匀控制系统104

8.1.1 均匀控制的由来104

8.1.2 怎样来实现均匀控制105

8.1.3 均匀控制参数工程整定108

8.2 选择性控制系统109

8.2.1 超驰控制系统109

8.2.2 其他选择性控制系统111

8.3 分程控制系统112

8.4 阀位控制（VPC）系统116

思考题与习题8117

9 系统磁联与解耦控制120

9.1 系统联分析120

9.1.1 系统关联分类120

9.1.2 关联系统的稳定性分析121

9.1.3 系统关联分析举例123

9.2 相对增益125

9.2.1 相对增益阵定义125

9.2.2 相对增益的求取方法127

9.2.3 控制回路的选择原则131

9.2.4 动态相对增益134

9.3 解耦控制设计方法135

9.3.1 减少和消除耦合的方法135

9.3.2 对角矩阵解耦设计方法139

思考题与习题9148

10 计算机控制系统150

10.1 计算机控制系统概述150

10.1.1 信号采集与变换152

10.1.2 信号处理与数据滤波154

10.1.3 计算机控制软件156

10.2 PID控制算法157

10.2.1 数字PID控制算式157

10.2.2 数字PID改进算式159

10.2.3 数字PID控制的实现161

10.2.4 数字PID控制器参数整定163

10.3 DCS（Distributed Control System）系统164

10.3.1 DCS概念164

10.3.2 JX-300X系统结构165

10.3.3 JX-300X系统软件169

思考题与习题10171

11 纯滞后补偿和内模控制173

11.1 史密斯（Smith）预估算法173

11.2 内模控制177

11.2.1 控制系统方块图和理想控制器177

11.2.2 实际内模控制器178

11.2.3 内模控制器与反馈控制器关系179

11.2.4 内模控制的离散算式180

11.3 内模控制的应用181

思考题与习题11183

12 模型预算控制算法185

12.1 模型预算控制的主要特征185

12.2 几种常见的模型预算控制算法186

12.2.1 模型算法控制186

12.2.2 动态矩阵控制189

12.2.3 多变量约束过程的模型预控制192

12.3 预测控制举例193

12.3.1 四储罐关联实验装置193

12.3.2 预测控制的应用195

12.4 模型预测控制的工业应用举例197

思考题与习题12200

13 自适应、鲁棒与推断控制201

13.1 自适应控制201

13.1.1 增益调度自适应控制201

13.1.2 模型参考自适应控制203

13.1.3 实时参数估计204

13.1.4 自校正控制207

13.2 自整定PID控制210

13.2.1 模式识别法210

13.2.2 基于继电反馈的参数自整定211

13.3 鲁棒控制215

13.3.1 基本概念215

13.3.2 对象的不确定性描述217

13.3.3 信号对系统的范数218

13.3.4 不确定系统的鲁棒稳定性220

13.3.5 鲁棒控制器的设计221

13.4 软测量技术和推断控制系统222

13.4.1 软测量技术222

13.4.2 推断控制系统225

思考题与习题13229

14 非线性过程控制230

14.1 非线性过程特点230

14.2 非线性补偿方法232

14.3 pH中和过程控制237

14.3.1 pH中和过程的滴定曲线237

14.3.2 pH中和过程的动态模型238

14.3.3 pH过程的典型控制系统239

思考题与习题14244

15 智能控制方法245

15.1 模糊控制245

15.1.1 模糊逻辑基础245

15.1.2 模糊控制系统组成250

15.1.3 模糊控制器设计253

15.2 神经网络控制256

15.2.1 神经网络概念256

15.2.2 神经网络控制259

15.3 专家控制261

15.3.1 专家系统概述261

15.3.2 专家控制系统262

15.3.3 专家控制器264

思考题与习题15267

16 监督控制268

16.1 监督控制概述268

16.2 在线优化控制269

16.2.1 最优化269

16.2.2 最优化技术271

16.2.3 最优操作工况272

16.3 最优化问题的实施技术274

16.4 统计过程控制278

16.4.1 统计过程的基本原理278

16.4.2 单变量统计过程描述及模型279

16.4.3 统计控制图281

思考题与习题16283

17 流体输送设备的控制285

17.1 尕及泵缩机的控制方案286

17.1.1 泵和管路系统的静态特性及泵的控制方案286

17.1.2 离心式压缩机的控制方案289

17.2 离心式压缩机的防喘振控制290

17.2.1 离心式压缩机的特性曲线与喘振290

17.2.2 引起喘振的因素292

17.2.3 喘振的极限线方程及安全操作线292

17.2.4 防喘振控制系统293

思考题与习题17296

18 传热设备的控制297

18.1 概述297

18.1.1 传热设备的结构类型297

18.1.2 热量传递的三种方式297

18.1.3 传热设备的动态特点300

18.2 对象的静态数学模型300

18.2.1 对象静态模型的基本方程式301

18.2.2 对象的静态增益302

18.3 对象的动态数学模型303

18.3.1 集中参数对象303

18.3.2 分布参数对象304

18.4 换热器的控制306

18.5 加热炉的控制308

18.5.1 加热炉的单回路控制方案308

18.5.2 加热炉的串级控制方案310

18.5.3 安全联锁保护系统313

思考题与习题18315

19 精馏过程的控制316

19.1 精馏塔的控制目标316

19.1.1 质量指标316

19.1.2 产品产量和能量消耗317

19.2 精馏塔的静态性和动态特性317

19.2.1 精馏塔的静态特性318

19.2.2 动态影响分析321

19.3 精馏塔质量指标的选取322

19.3.1 灵敏板的温度控制322

19.3.2 温差控制322

19.3.3 双温差控制323

19.4 精馏塔的基本控制方案324

19.4.1 物料平衡控制325

19.4.2 控制一端产品质量328

19.4.3 按塔顶塔底两端质量指标控制332

19.5 先进控制应用示例：原油蒸馏塔的多变量预测控制334

19.5.1 工艺概况334

19.5.2 常压塔的多变量约束控制问题335

19.5.3 多变量过程的约束预测控制336

19.5.4 常压塔先进控制系统的运行结果337

思考题与习题19338

20 化学反应过程控制340

20.1 化学反应过程340

20.1.1 化学反应器的类型340

20.1.2 化学反应的基本规律342

20.2 化学反应器的动态数学模型346

20.2.1 基本动态方程式346

20.2.2 非线性模型的线性化348

20.2.3 反应器的热稳定性349

20.3 反应器的基本控制方案351

20.3.1 概述351

20.3.2 温度被控变量的选择352

20.3.3 以温度作为控制指标的控制系统354

20.4 几种典型反应器的控制方案357

20.4.1 聚合反应釜的控制357

20.4.2 合成氨过程的控制360

思考题与习题20366

21 间歇生产过程控制367

21.1 间歇生产过程概述367

21.1.1 间歇生产367

21.1.2 间歇生产过程的特点368

21.2 间歇生产过程控制368

21.2.1 间歇生产的控制要求368

21.2.2 间歇控制模型369

21.2.3 间歇生产过程控制370

21.3 优化工艺与操作376

21.3.1 约翰逊（Johnson）算法377

21.3.2 多产品的生产排序377

思考题与习题21381

22 炼油工业生产过程控制382

22.1 炼油工业概述382

22.2 常减压生产过程控制383

22.2.1 常减压蒸馏工艺流程简介383

22.2.2 常减压蒸馏常规过程控制384

22.2.3 常减压蒸馏的先进控制385

22.3 催化裂化388

22.3.1 工艺流程简述388

22.3.2 FCCU反应再生系统常规控制389

22.3.3 FCCU先进控制389

22.4 催化重整393

22.4.1 催化重整工艺流程概述393

22.4.2 催化重整过程的控制395

22.5 油品调合398

22.5.1 油品调合过程简介398

22.5.2 调合控制399

思考题与习题22403

23 火力发电生产过程的控制405

23.1 锅炉控制405

23.1.1 汽包水位的控制406

23.1.2 燃烧控制系统410

23.1.3 过热蒸汽温度控制414

23.2 汽轮控制415

23.2.1 轮机监控任务415

23.2.2 转速自动控制416

23.2.3 中间再热式汽轮机的控制417

23.3 机炉协调控制418

23.3.1 炉跟机运行方式419

23.3.2 机跟炉运行方式419

23.3.3 机炉协调控制419

思考题与习题23420

24 计算机综合集成控制422

24.1 计算机集成控制概述422

24.1.1 流程工业生产过程运作特点422

24.1.2 计算机综合集成控制423

24.2 信息源与信息集成系统424

24.2.1 企业信息和数据来源424

24.2.2 信息分类与编码425

24.2.3 企业信息系统综合集成技术426

24.3 数据校正技术427

24.3.1 概述427

24.3.2 数据校正原理428

24.3.3 过失误差的侦破原理428

24.3.4 过程数据校正技术的工程应用实施429

24.3.5 一个炼油厂的物流数据校正工业应用实例430

24.4 信息（数据）驱动下流程工业的运作432

24.4.1 企业运行概述432

24.4.2 企业决策功能432

24.4.3 期望目标（运行）实施433

24.4.4 数据驱动下的企业运行433

思考题与习题24435

参考文献436