過程裝備控制技術及應用（張早校 第3版）

1控制系統(tǒng)的基本概念1
1.1概述1
1.1.1生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)所包含的內(nèi)容1
1.1.2過程裝備控制的任務和要求2
1.2控制系統(tǒng)的組成2
1.2.1過程裝備控制的基本概念2
1.2.2系統(tǒng)組成3
1.3控制系統(tǒng)的方框圖4
1.4控制系統(tǒng)的分類6
1.4.1按給定值的變化規(guī)律劃分6
1.4.2按系統(tǒng)輸出信號對操縱變量影響的方式劃分6
1.4.3按系統(tǒng)的復雜程度劃分7
1.4.4按系統(tǒng)克服干擾的方法劃分8
1.4.5按控制作用的形式劃分8
1.4.6按控制系統(tǒng)的特性劃分9
1.5控制系統(tǒng)的過渡過程及其性能指標9
1.5.1控制系統(tǒng)的過渡過程9
1.5.2控制系統(tǒng)的性能指標10
1.5.3自動控制系統(tǒng)性能的基本要求12
思考題與習題13

2過程控制系統(tǒng)設計基礎15
2.1數(shù)學模型15
2.1.1微分方程15
2.1.2傳遞函數(shù)16
2.1.3方框圖的簡化18
2.2被控對象的動態(tài)特性23
2.2.1被控對象的數(shù)學描述23
2.2.2被控對象的特性參數(shù)26
2.2.3對象特性的實驗測定28
2.3控制器的動態(tài)特性33
2.3.1控制器的基本控制規(guī)律33
2.3.2控制規(guī)律的選取41
2.4單回路控制系統(tǒng)42
2.4.1單回路控制系統(tǒng)的設計42
2.4.2控制器參數(shù)的工程整定46
思考題與習題49

3復雜控制系統(tǒng)52
3.1串級控制系統(tǒng)52
3.1.1基本原理52
3.1.2主要特點及其應用場合55
3.1.3控制器參數(shù)工程整定56
3.2前饋控制系統(tǒng)57
3.2.1基本原理57
3.2.2主要結構形式59
3.2.3參數(shù)整定62
3.3比值控制系統(tǒng)63
3.3.1定比值控制系統(tǒng)64
3.3.2變比值控制系統(tǒng)65
3.3.3比值控制系統(tǒng)的實施66
3.3.4比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定68
3.4選擇性控制系統(tǒng)69
3.4.1基本原理69
3.4.2選擇性控制的類型70
3.4.3選擇性控制中選擇器性質(zhì)的確定71
3.4.4積分飽和防止措施71
3.5均勻控制系統(tǒng)71
3.5.1基本原理及特點71
3.5.2均勻控制的類型72
3.5.3控制器的參數(shù)整定73
3.6分程控制系統(tǒng)73
思考題與習題75

4過程檢測技術77
4.1測量與誤差的基本知識77
4.1.1測量的基本概念77
4.1.2誤差的基本概念79
4.1.3儀器儀表的主要性能指標83
4.2傳感器概述86
4.2.1傳感器基本概念及組成87
4.2.2傳感器分類88
4.2.3傳感器特性及標定89
4.2.4新型傳感器介紹90
4.2.5傳感器選用94
4.2.6傳感器發(fā)展動向95
4.3壓力測量96
4.3.1概述96
4.3.2液柱式壓力計97
4.3.3彈性式壓力計100
4.3.4壓阻式壓力計101
4.3.5壓電式壓力計103
4.3.6壓力計的選用104
4.4溫度測量105
4.4.1概論105
4.4.2熱膨脹式溫度計106
4.4.3熱電偶測溫儀表107
4.4.4熱電阻測溫儀表111
4.4.5測溫儀表的選用114
4.5流量測量114
4.5.1概述114
4.5.2壓差式流量計114
4.5.3轉(zhuǎn)子式流量計118
4.5.4渦街流量計119
4.5.5電磁式流量計120
4.5.6熱式氣體質(zhì)量流量計121
4.5.7流量測量儀表的選用123
4.6液位測量123
4.6.1概述123
4.6.2浮力式液位計123
4.6.3靜壓式液位計125
4.6.4電容式液位計127
4.6.5光纖液位計128
4.6.6液位計的選用129
4.7物質(zhì)成分分析130
4.7.1紅外線氣體分析儀130
4.7.2氧化鋯氧氣分析儀133
4.7.3工業(yè)電導儀135
4.7.4氣相色譜儀139
4.8過程檢測技術的新進展142
4.8.1智能傳感器142
4.8.2軟測量技術143
4.8.3多傳感器信息融合144
4.8.4虛擬儀器145
4.8.5過程監(jiān)測系統(tǒng)應用實例147
思考題與習題148

5過程控制裝置151
5.1變送器151
5.1.1差壓變送器152
5.1.2防爆安全柵163
5.1.3溫度變送器167
5.1.4標準儀表的信號標準以及與電源連接的方式171
5.1.5典型系統(tǒng)的變送器選擇172
5.2控制器172
5.2.1控制器控制規(guī)律的實現(xiàn)方法173
5.2.2PID控制器的硬件結構176
5.2.3典型系統(tǒng)的控制器選擇187
5.3執(zhí)行器188
5.3.1氣動執(zhí)行器188
5.3.2電動執(zhí)行器199
5.3.3電-氣轉(zhuǎn)換器及電-氣閥門定位器201
5.3.4典型系統(tǒng)執(zhí)行器的選擇203
思考題與習題204

6計算機控制系統(tǒng)206
6.1概述206
6.2計算機控制系統(tǒng)的組成及分類207
6.2.1計算機控制系統(tǒng)的組成207
6.2.2計算機控制系統(tǒng)的分類209
6.3A/D與D/A轉(zhuǎn)換器213
6.3.1A/D轉(zhuǎn)換器213
6.3.2A/D選擇原則214
6.3.3D/A轉(zhuǎn)換器215
6.3.4D/A選擇原則216
6.3.5A/D、D/A接口板介紹217
6.4計算機測試系統(tǒng)218
6.4.1計算機在測試技術中的作用218
6.4.2計算機測試系統(tǒng)的基本結構218
6.4.3數(shù)據(jù)采集220
6.4.4計算機測試系統(tǒng)的設計222
6.5直接數(shù)字控制系統(tǒng)223
6.5.1DDC系統(tǒng)概述223
6.5.2DDC的基本算法226
6.5.3改進的PID算法230
6.5.4DDC的PID算法中參數(shù)的整定234
6.5.5采樣周期的選擇235
6.6可編程序控制器及其應用*236
6.6.1概述236
6.6.2可編程序控制器的基本組成與工作原理237
6.6.3可編程序控制器的編程指令239
6.6.4可編程序控制器的應用舉例241
6.7集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)243
6.7.1集散控制系統(tǒng)243
6.7.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)248
6.7.3工業(yè)系統(tǒng)計算機控制新技術252
6.8計算機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)254
6.8.1計算機控制系統(tǒng)的設計原則254
6.8.2計算機控制系統(tǒng)設計的一般步驟255
6.8.3計算機控制系統(tǒng)設計實例256
6.9提高計算機控制系統(tǒng)可靠性的措施261
6.9.1提高元器件的可靠性261
6.9.2冗余技術261
6.9.3采取抗干擾措施262
思考題與習題265

7典型過程控制系統(tǒng)應用方案267
7.1熱交換器溫度反饋——靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)267
7.1.1生產(chǎn)過程對系統(tǒng)設計的要求267
7.1.2系統(tǒng)組成267
7.1.3儀表靜態(tài)參數(shù)的設置268
7.2單回路控制系統(tǒng)的應用269
7.2.1生產(chǎn)工藝簡況270
7.2.2系統(tǒng)設計270
7.3流體輸送設備的控制272
7.3.1概述272
7.3.2泵及壓縮機的典型控制方案273
7.4反應器的控制*277
7.4.1化學反應的特點與基本規(guī)律277
7.4.2化學反應器的控制要求和手段279
7.4.3反應器溫度被控變量的選擇280
7.4.4以溫度作為控制指標的控制方案282
7.5精餾塔的控制284
7.5.1概述284
7.5.2精餾塔的基本關系285
7.5.3精餾塔的控制要求及干擾因素285
7.5.4被控變量的選擇286
7.5.5精餾塔的控制287
7.6計算機數(shù)字控制的典型實例——爐溫控制系統(tǒng)的計算機控制288
7.6.1控制方案設計288
7.6.2硬件線路289
7.6.3控制算法的確定290
7.6.4程序流程框圖291
7.6.5控制系統(tǒng)的調(diào)試291
思考題與習題293

8先進過程控制系統(tǒng)簡介294
8.1概述294
8.2自適應控制系統(tǒng)294
8.2.1基本概念294
8.2.2自適應控制系統(tǒng)的基本類型295
8.3推斷控制系統(tǒng)295
8.4預測控制系統(tǒng)296
8.5模糊控制系統(tǒng)298
8.6人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)300
8.6.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)學模型300
8.6.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡拓撲結構及學習算法301
8.6.3常用神經(jīng)網(wǎng)絡簡介302
8.6.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡與自動控制304

附錄1拉普拉斯變換對照表307

附錄2常用標準熱電阻分度表309
F2.1Pt100型鉑熱電阻分度表309
F2.2Cu50型熱電阻分度表310

附錄3常用標準熱電偶分度表311
F3.1鉑銠10-鉑熱電偶分度表（S型）311
F3.2鉑銠13-鉑熱電偶分度表（R型）312
F3.3鉑銠30-鉑銠6熱電偶分度表（B型）313
F3.4銅-銅鎳（康銅）熱電偶分度表（T型）314
F3.5鎳鉻-銅鎳（康銅）熱電偶分度表（E型）315

附錄4常用管道儀表流程圖設計符號316

附錄5課外項目設計參考題目319

參考文獻320