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第1章　基本概念1

1.1　过程自动化的主要内容2

1.2 自动控制系统的组成4

1.3 自动控制系统的框图6

1.3.1　框图的组成和绘制7

1.3.2　环节的基本连接形式7

1.3.3 闭环控制系统的框图9

1.4　自动控制系统的分类10

1.4.1　按给定值变化规律分类10

1.4.2　按控制作用的形式分类10

1.4.3　按系统的特性分类11

1.4.4　按系统参数是否随时间变化分类12

1.4.5　按控制系统的结构分类13

1.4.6　按控制系统闭环回路的数目分类15

1.4.7　按被控变量数目分类15

1.5 自动控制系统过渡过程及其品质指标16

1.5.1 自动控制系统的过渡过程16

1.5.2　过渡过程的品质指标17

1.5.3　对自动控制系统的性能基本要求19

1.6　过程控制系统设计研究的基本内容20

1.6.1 过程控制系统设计步骤20

1.6.2　被控变量与输入变量的选择21

1.6.3　控制方案的确定21

1.6.4　硬件设备的选择22

1.6.5　控制器的设定22

1.7　过程控制系统应用实例23

小结26

复习思考题26

第2章　被控对象动态特性及实验测定28

2.1 被控对象动态特性29

2.1.1 一阶系统动态特性与基本参数29

2.1.2　二阶系统动态特性与基本参数30

2.1.3　 高阶系统动态特性32

2.2　被控对象的数学描述32

2.2.1　微分方程描述32

2.2.2　传递函数描述33

2.2.3　零极点增益描述33

2.2.4　部分分式描述33

2.2.5　状态方程描述33

2.3　数学描述的转换33

2.4　建立数学模型的方法34

2.4.1　建立数学模型概述34

2.4.2　机理演绎法35

2.4.3　系统辨识法37

2.4.4　混合建模法37

2.5　单容液位对象的动态特性和数学描述38

2.5.1　有自衡能力的对象39

2.5.2　无自衡能力对象39

2.6　多容对象的特性、纯滞后与容量滞后40

2.6.1　双容对象的特性40

2.6.2　双容对象的有自衡响应40

2.6.3　双容对象的无自衡响应41

2.6.4　双容对象的干扰特性41

2.6.5　纯滞后42

2.6.6　容量滞后42

2.7　被控对象特性的实验测定42

2.7.1 实验测定方法概述42

2.7.2　实验测定的时域法43

2.7.3　实验测定的频域法44

2.7.4　实验测定的最小二乘法48

小结49

复习思考题49

第3章　过程控制装置53

3.1 概述54

3.2　变送器54

3.2.1　变送器概述54

3.2.2　常用变送器及其工作原理55

3.3　控制器69

3.3.1　控制器的控制规律69

3.3.2　控制器的运算电路80

3.4　执行器和防爆栅99

3.4.1 执行器99

3.4.2　防爆栅109

小结116

复习思考题116

第4章　单回路控制系统及其控制器参数整定118

4.1 单回路控制系统的组成及分析方法119

4.2　被控变量的选择120

4.3　控制变量的选择122

4.3.1 控制变量和干扰122

4.3.2　过程静态特性的分析122

4.3.3　过程动态特性的分析124

4.3.4　选择控制参数的一般原则126

4.4　控制器控制规律的选择原则126

4.4.1　控制器控制规律的选择126

4.4.2　控制器正反作用的选取127

4.5　单回路控制系统控制器参数的工程整定128

4.5.1　临界比例度法128

4.5.2　衰减曲线法130

4.5.3 响应曲线法131

4.5.4　经验试凑法132

4.6　控制系统的投运及操作中的常见问题135

小结136

复习思考题137

第5章　复杂控制系统139

5.1　前馈控制系统140

5.1.1　前馈控制原理140

5.1.2　前馈控制系统的特点142

5.1.3 前馈控制的主要结构形式143

5.1.4　前馈控制系统的参数整定145

5.2 串级控制系统147

5.2.1 串级控制的基本原理147

5.2.2 串级控制系统的主要特点及其应用场合150

5.2.3　副回路的确定151

5.2.4　控制器正、反作用的选择154

5.2.5 串级控制系统的控制器参数的工程整定155

5.3　比值控制系统156

5.3.1 比值控制的基本概念156

5.3.2 比值控制系统的类型157

5.3.3 比值控制系统的设计和实施方案162

5.3.4　比值控制系统的整定165

5.4　均匀控制系统166

5.4.1 均匀控制系统的组成166

5.4.2　控制器的控制规律的选择170

5.4.3　控制器的整定170

5.5　选择性控制系统171

5.5.1 选择性控制系统的原理172

5.5.2　选择性控制系统的类型及应用172

5.5.3　控制器的选择175

5.5.4　积分饱和及其防止措施175

小结176

复习思考题176

第6章　计算机控制系统179

6.1 概述180

6.2　计算机控制系统的工作原理、组成及分类180

6.2.1 计算机控制系统的硬件组成181

6.2.2　计算机控制系统的软件组成183

6.2.3　计算机控制系统的分类183

6.3　直接数字控制系统190

6.3.1 基本构成190

6.3.2　DDC中的PID算式191

6.3.3 可编程控制器195

6.4　集散控制系统201

6.4.1　概述201

6.4.2　主要特点202

6.4.3　基本构成203

6.4.4　典型DCS简介204

6.5　现场总线控制系统206

6.5.1　概述206

6.5.2 现场总线控制系统的技术特点207

6.5.3　几种典型的现场总线207

6.5.4　现场总线系统的基础和目标210

6.5.5　发展中的现场总线系统210

6.5.6　一般的现场总线结构211

6.6 工业以太网技术214

6.6.1　工业以太网概况214

6.6.2　Ethernet应用于工业现场的关键技术214

6.6.3　工业以太网协议215

6.6.4 工业以太网的优势217

6.6.5　工业以太网在控制领域应用现状217

6.7　无线现场仪表与网络219

小结220

复习思考题220

第7章 自动控制系统在生产过程中的应用222

7.1 石油加工蒸馏装置的自动控制系统223

7.1.1　常压炉温度先进控制223

7.1.2　蒸馏装置中现场总线控制系统225

7.2　热交换器控制系统227

7.2.1　静态前馈控制227

7.2.2　反馈-前馈控制系统229

7.2.3 前馈-串级控制系统230

7.3　流体输送设备的自动控制231

7.3.1　冷却水循环系统231

7.3.2　压缩机输出压力控制系统232

7.4　化学反应器的自动控制234

7.5　其他典型过程工业应用实例238

7.5.1　DCS在电厂中的实现238

7.5.2 炉温控制系统的计算机控制239

7.6　软测量技术及其应用242

7.6.1　软测量技术的四个组成242

7.6.2　软测量建模方法243

7.6.3软测量在过程优化中的应用245

7.6.4　软测量在加氢裂化分馏塔航煤干点测量中的应用245

7.6.5　软测量在吸收法捕集二氧化碳过程离子浓度监测中的应用246

小结248

复习思考题249

参考文献250