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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、τ 26

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

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