生产过程控制系统及仪表(人工智能与自动化专业规划教材普通高等教育十三五规划教材)
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作者编者:张治国//李文江//胡学海|责编:底波
出版社电子工业
ISBN9787121399008
出版时间2021-01
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定价49元
货号1202190309
上书时间2024-06-04
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目录
目 录
第1章 绪论1
1.1 过程控制系统定义与特性1
1.2 过程控制系统类型和组织形式2
1.3 过程控制的发展历程3
1.3.1 设备与仪表发展阶段3
1.3.2 策略与算法发展概况4
1.4 过程控制系统响应状态4
1.4.1 稳态与动态过程4
1.4.2 动态过程表现形式4
1.5 控制系统的性能指标5
1.5.1 单项性能指标6
1.5.2 综合性能指标7
1.6 过程控制系统的组成8
思考题与习题10
第2章 过程控制中的对象模型11
2.1 被控对象数学模型的意义11
2.1.1 数学模型的重要性11
2.1.2 数学模型的主要用途11
2.1.3 过程控制模型要求12
2.1.4 过程控制中常用的建模方法12
2.2 过程控制的典型环节模型13
2.2.1 具有自衡特性的单容模型13
2.2.2 无自衡特性的单容模型16
2.2.3 多容过程建模16
2.3 阶跃响应法建模18
2.3.1 模型的类型18
2.3.2 由阶跃响应曲线确定一阶环节的参数20
2.3.3 由阶跃响应曲线确定带时延的一阶环节的参数21
2.3.4 由阶跃响应曲线确定二阶环节参数23
2.3.5 飞升曲线法25
2.4 周期信号响应法建模26
2.5 最小二乘法建模28
2.5.1 基本最小二乘法模型28
2.5.2 递推的最小二乘法30
2.6 基于M序列信号测定对象的动态特征33
2.6.1 相关分析法的基本原理34
2.6.2 伪随机序列基本理论35
2.6.3 伪随机序列的产生方法36
思考题与习题38
第3章 过程控制中的执行器39
3.1 仪表类设备的基本性能指标39
3.2 执行器的分类和结构41
3.2.1 调节阀分类和作用41
3.2.2 调节阀结构和组成41
3.2.3 执行机构和调节机构的装配42
3.3 执行机构的组成和功能43
3.3.1 阀门定位器44
3.3.2 电/气转换器45
3.3.3 定位器和转换器的结合45
3.4 调节机构功能和流量特性46
3.4.1 固有流量特性46
3.4.2 工作流量特性48
3.5 电动调节阀50
3.6 调节阀的选型51
3.7 智能式调节阀53
思考题与习题54
第4章 控制器与控制算法实现55
4.1 控制器的种类55
4.1.1 控制器常见信号形式55
4.1.2 控制仪表的表现形式55
4.2 自力式和位式控制系统56
4.2.1 自力式控制系统56
4.2.2 位式控制系统57
4.3 DDZ-Ⅲ型控制器的整体机构58
4.3.1 DDZ-Ⅲ型控制器的特点58
4.3.2 DDZ-Ⅲ型控制器的操作与交互面板58
4.3.3 DDZ-Ⅲ型控制器电路结构和实例60
4.4 控制器输入电路60
4.4.1 输入电路与正反作用60
4.4.2 输入电路与信号偏差61
4.5 PD控制器相关特性及运算电路62
4.5.1 比例调节（P调节）62
4.5.2 比例微分调节（PD调节）63
4.5.3 PD运算的电路实现64
4.6 PI控制器相关特性及运算电路65
4.6.1 积分调节（I调节）65
4.6.2 比例积分调节（PI调节）66
4.6.3 PI运算的电路实现67
4.7 PID控制器相关特性及运算电路68
4.7.1 比例积分微分调节（PID调节）68
4.7.2 PID运算的电路实现69
4.8 控制器输出电路70
4.9 控制器附属电路71
4.9.1 手动操作切换电路71
4.9.2 测量及给定指示电路73
4.10 数字式PID控制器74
4.10.1 SLPC单回路可编程控制器的电路原理74
4.10.2 SLPC的数字控制算法76
4.11 SLPC单回路可编程控制器的用户程序79
4.11.1 控制模块79
4.11.2 用户程序的写入和调试80
4.12 可编程逻辑控制器80
4.12.1 可编程逻辑控制器的优点80
4.12.2 PLC的基本组成81
4.12.3 PLC等效继电器逻辑82
4.12.4 PLC的工作方式82
4.12.5 PLC的编程语言83
思考题与习题84
第5章 过程控制中的检测仪表86
5.1 压力检测及仪表86
5.1.1 工业压力的定义86
5.1.2 压力常用检测方法87
5.1.3 弹性式压力计88
5.1.4 电气式压力计89
5.2 温度检测及仪表94
5.2.1 温度检测方法94
5.2.2 热电偶温度计95
5.2.3 热电阻温度计99
5.2.4 集成温度传感器101
5.3 流量检测及仪表102
5.3.1 流量的基本概念102
5.3.2 椭圆齿轮流量计102
5.3.3 涡轮流量计103
5.3.4 靶式流量计104
5.3.5 差压式流量计105
5.3.6 转子流量计107
5.3.7 电磁流量计108
5.3.8 旋涡式流量计108
5.3.9 超声波流量计110
5.4 物位检测及仪表112
5.4.1 概述112
5.4.2 差压式液位变送器112
5.4.3 电容式物位变送器114
5.4.4 超声波液位变送器116
5.5 成分检测及仪表117
5.5.1 红外线气体分析仪117
5.5.2 氧化锆氧量计119
5.5.3 气相色谱分析仪121
思考题与习题122
第6章 显示变送原理和安全栅124
6.1 测量值显示与记录124
6.1.1 动圈式指示仪表基本原理124
6.1.2 数字式指示仪表124
6.1.3 自动记录原理125
6.2 电容变送器基本原理126
6.2.1 交流电桥变送原理126
6.2.2 电容差变送原理127
6.3 传感器电信号变送原理128
6.3.1 模拟式变送器129
6.3.2 DDZ-Ⅲ型变送器实际线路举例131
6.4 智能变送器132
6.5 安全栅134
6.5.1 安全防爆的基本概念134
6.5.2 安全火花防爆系统135
6.5.3 安全栅的工作原理136
思考题与习题138
第7章 简单控制系统设计140
7.1 简单控制系统整体框架140
7.2 过程控制系统设计相关问题142
7.2.1 过程控制系统设计的衡量标准142
7.2.2 过程控制系统的主要设计工作142
7.2.3 过程控制系统设计的流程143
7.3 被控变量与控制方案设计143
7.4 控制变量与控制品质145
7.4.1 控制变量和干扰的相互关系145
7.4.2 干扰通道特性与控制变量选择146
7.4.3 控制通道特性与控制变量选择149
7.4.4 控制变量选择的一般原则153
7.5 简单控制系统的设备选择153
7.5.1 执行器与控制品质153
7.5.2 传感器特性与控制方案设计154
7.5.3 调节器正、反作用的选择156
7.6 调节器参数的工程整定方法158
7.6.1 稳定边界法158
7.6.2 响应曲线法160
7.6.3 衰减曲线法161
7.6.4 经验法162
7.6.5 几种工程整定方法的比较164
7.7 简单控制系统设计实例164
7.7.1 生产过程概述164
7.7.2 被控变量选择165
7.7.3 控制变量选择165
7.7.4 检测仪表、调节阀及调节器调节规律选择167
7.7.5 绘制控制系统图167
7.7.6 调节器参数整定168
思考题与习题168
第8章 复杂控制系统170
8.1 克服强干扰与前馈控制系统170
8.1.1 前馈控制系统的基本构成170
8.1.2 前馈控制系统的典型形式172
8.1.3 前馈控制系统的优缺点173
8.1.4 前馈-反馈控制系统174
8.1.5 工业实践中前馈控制规律通用表达形式177
8.1.6 前馈控制系统的参数整定178
8.1.7 前馈控制系统的选用原则181
8.2 容量滞后与串级控制系统182
8.2.1 串级控制系统的原理和结构182
8.2.2 串级控制系统的特点186
8.2.3 串级控制系统的设计191
8.2.4 前馈-串级控制系统192
8.2.5 串级控制系统控制器参数整定194
8.2.6 串级控制系统的应用实例194
8.3 纯滞后及其控制方法196
8.3.1 概述196
8.3.2 纯滞后环节的频域特点196
8.3.3 大滞后过程的采样控制198
8.3.4 大滞后过程的Smith预估补偿控制199
8.4 配比传送与比值控制系统201
8.4.1 比值控制系统的组成原理201
8.4.2 比值控制系统的整定204
8.5 均匀控制系统206
8.5.1 均匀控制系统的基本原理和结构206
8.5.2 均匀控制系统控制规律的选择及参数整定209
8.6 选择性控制系统210
8.6.1 选择性控制系统的基本原理和结构210
8.6.2 选择性控制系统的设计212
8.7 分程控制系统213
8.7.1 分程控制系统的基本原理和特点213
8.7.2 分程控制系统中阀门组合的特点213
8.7.3 多种控制器件的衔接问题215
思考题与习题216
第9章 先进过程控制技术219
9.1 概述219
9.2 自适应控制220
9.2.1 自校正控制系统220
9.2.2 模型参考自适应控制系统221
9.3 预测控制221
9.3.1 模型算法控制222
9.3.2 动态矩阵控制224
9
内容摘要
生产过程控制是自动化学科的重要组成部分，是跨越自动控制原理和工业实践应用之间的桥梁，是将自动控制理论灵活应用于工业生产实践不可或缺的部分。本书从工业自动控制系统的基本组成结构出发，逐一介绍过程控制中的对象模型、执行器、控制器、检测仪表（压力、温度、流量、物位、成分的检测）、变送器等，以及相关的本安防爆技术。分析上述组成部分在控制系统中的作用及工作原理，进而引出上述仪表性能和特性对控制系统设计的相关意义。同时，本书以上述仪表相关知识为基础，论述过程控制系统的基本设计方法，详细描述被控参数、控制参数、干扰通道、控制通道选择对控制系统的影响，并以控制系统基本设计方法为出发点，引入前馈、串级、纯滞后、比值、均匀、选择性、分程等特殊控制系统的设计方法和基本思路。在描述控制系统的设计过程中，本书尝试从控制理论中的频域理论角度，分析和设计生产过程控制系统。本书最后介绍自适应、预测、专家、模糊、集散等先进过程控制方法。本书共9章，每章附有思考题与习题，并提供配套电子课件和习题参考答案等。本书可作为高等学校自动化专业及石化、电子、轻工等专业本科高年级和研究生相关课程的教材或参考书，也可供工业控制工程技术人员学习参考。
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