過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用（張?jiān)缧?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(dòng)化系統(tǒng)所包含的內(nèi)容1
1.1.2過程裝備控制的任務(wù)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(hào)對(duì)操縱變量影響的方式劃分6
1.4.3按系統(tǒng)的復(fù)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(biāo)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(biāo)10
1.5.3自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求12
思考題與習(xí)題13

2過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)15
2.1數(shù)學(xué)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(jiǎn)化18
2.2被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性23
2.2.1被控對(duì)象的數(shù)學(xué)描述23
2.2.2被控對(duì)象的特性參數(shù)26
2.2.3對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定28
2.3控制器的動(dòng)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(shè)計(jì)42
2.4.2控制器參數(shù)的工程整定46
思考題與習(xí)題49

3復(fù)雜控制系統(tǒng)52
3.1串級(jí)控制系統(tǒng)52
3.1.1基本原理52
3.1.2主要特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)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(jié)構(gòu)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(shí)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(diǎn)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(xí)題75

4過程檢測(cè)技術(shù)77
4.1測(cè)量與誤差的基本知識(shí)77
4.1.1測(cè)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(biāo)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(biāo)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(dòng)向95
4.3壓力測(cè)量96
4.3.1概述96
4.3.2液柱式壓力計(jì)97
4.3.3彈性式壓力計(jì)100
4.3.4壓阻式壓力計(jì)101
4.3.5壓電式壓力計(jì)103
4.3.6壓力計(jì)的選用104
4.4溫度測(cè)量105
4.4.1概論105
4.4.2熱膨脹式溫度計(jì)106
4.4.3熱電偶測(cè)溫儀表107
4.4.4熱電阻測(cè)溫儀表111
4.4.5測(cè)溫儀表的選用114
4.5流量測(cè)量114
4.5.1概述114
4.5.2壓差式流量計(jì)114
4.5.3轉(zhuǎn)子式流量計(jì)118
4.5.4渦街流量計(jì)119
4.5.5電磁式流量計(jì)120
4.5.6熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)121
4.5.7流量測(cè)量儀表的選用123
4.6液位測(cè)量123
4.6.1概述123
4.6.2浮力式液位計(jì)123
4.6.3靜壓式液位計(jì)125
4.6.4電容式液位計(jì)127
4.6.5光纖液位計(jì)128
4.6.6液位計(jì)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(dǎo)儀135
4.7.4氣相色譜儀139
4.8過程檢測(cè)技術(shù)的新進(jìn)展142
4.8.1智能傳感器142
4.8.2軟測(cè)量技術(shù)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(cè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例147
思考題與習(xí)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(biāo)準(zhǔn)儀表的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)方法173
5.2.2PID控制器的硬件結(jié)構(gòu)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(dòng)執(zhí)行器188
5.3.2電動(dòng)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(xí)題204

6計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)206
6.1概述206
6.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類207
6.2.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成207
6.2.2計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)218
6.4.1計(jì)算機(jī)在測(cè)試技術(shù)中的作用218
6.4.2計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)218
6.4.3數(shù)據(jù)采集220
6.4.4計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jìn)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(yīng)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(yīng)用舉例241
6.7集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)248
6.7.3工業(yè)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制新技術(shù)252
6.8計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)254
6.8.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則254
6.8.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟255
6.8.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例256
6.9提高計(jì)算機(jī)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(shù)261
6.9.3采取抗干擾措施262
思考題與習(xí)題265

7典型過程控制系統(tǒng)應(yīng)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(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)置268
7.2單回路控制系統(tǒng)的應(yīng)用269
7.2.1生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)況270
7.2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)270
7.3流體輸送設(shè)備的控制272
7.3.1概述272
7.3.2泵及壓縮機(jī)的典型控制方案273
7.4反應(yīng)器的控制*277
7.4.1化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)與基本規(guī)律277
7.4.2化學(xué)反應(yīng)器的控制要求和手段279
7.4.3反應(yīng)器溫度被控變量的選擇280
7.4.4以溫度作為控制指標(biāo)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(guān)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(jì)算機(jī)數(shù)字控制的典型實(shí)例——爐溫控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制288
7.6.1控制方案設(shè)計(jì)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(xí)題293

8先進(jìn)過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介294
8.1概述294
8.2自適應(yīng)控制系統(tǒng)294
8.2.1基本概念294
8.2.2自適應(yīng)控制系統(tǒng)的基本類型295
8.3推斷控制系統(tǒng)295
8.4預(yù)測(cè)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(luò)控制系統(tǒng)300
8.6.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型300
8.6.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及學(xué)習(xí)算法301
8.6.3常用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介302
8.6.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)控制304

附錄1拉普拉斯變換對(duì)照表307

附錄2常用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)符號(hào)316

附錄5課外項(xiàng)目設(shè)計(jì)參考題目319

參考文獻(xiàn)320