內容簡介

本書係統地論述瞭過程控製係統的發展、組成、分類、性能指標，被控過程的數學模型及其獲取方法，單迴路控製係統的基本概念，串級控製係統的結構組成、工作原理，串級控製係統的方案設計，補償控製原理和前饋控製的幾種結構形式，大純滯後生産過程的概念，常規控製方案的實現，預估補償控製方案的設計與實現，比值控製係統、均勻控製係統、分程控製係統、選擇性控製係統的基本概念，係統設計與實現和參數整定，多變量解耦控製係統，計算機過程控製係統的組成與類型，直接數字控製係統的基本概念及組成、數字式PID控製算法及數字式PID的參數整定、先進控製策略的介紹，以及順序控製係統、典型單元及生産過程的控製等多方麵的內容。

作者簡介

　　李國勇，太原理工大學教授，山西省電機工程協會會員、山西省自動化協會會員，主要授課課程：自動控製原理、現代控製理論基礎、過程控製係統、係統仿真及機輔分析、可編程控製器編程與應用、最優控製理論、人工智能及其應用、基於MATLAB的智能控製係統的分析與設計。

目錄

目 錄
第1章 概述 （1）
1．1 過程控製的要求與任務 （1）
1．2 過程控製係統的組成與特點 （3）
1．2．1 過程控製係統的組成 （3）
1．2．2 過程控製係統特點 （5）
1．3 過程控製係統的性能指標 （6）
1．3．1 單項性能指標 （7）
1．3．2 綜閤性能指標 （7）
1．4 過程控製係統的設計 （8）
1．4．1 確定係統變量 （9）
1．4．2 確定控製方案 （10）
1．4．3 過程控製係統硬件選擇 （10）
1．4．4 設計安全保護係統 （11）
1．4．5 係統調試和投運 （11）
1．5 過程控製的發展與趨勢 （12）
1．5．1 過程控製裝置的進展 （12）
1．5．2 過程控製策略的進展 （15）
本章小結 （15）
習題 （16）
第2章 被控過程的數學模型 （17）
2．1 過程模型概述 （17）
2．1．1 被控過程的動態特性 （17）
2．1．2 數學模型的錶達形式與要求 （20）
2．1．3 建立過程數學模型的基本方法 （23）
2．2 機理法建模 （24）
2．2．1 單容對象的傳遞函數 （24）
2．2．2 多容對象的傳遞函數 （29）
2．3 測試法建模 （32）
2．3．1 對象特性的實驗測定方法 （32）
2．3．2 測定動態特性的時域法 （33）
2．3．3 測定動態特性的頻域法 （40）
2．4 利用MATLAB建立過程模型 （42）
本章小結 （48）
習題 （48）
第3章 執行器 （50）
3．1 氣動調節閥的結構 （50）
3．1．1 氣動執行機構 （50）
3．1．2 閥 （51）
3．1．3 閥門定位器 （52）
3．2 調節閥的流量係數 （53）
3．2．1 調節閥的流量方程 （53）
3．2．2 流量係數的定義 （54）
3．2．3 流量係數計算 （55）
3．3 調節閥結構特性和流量特性 （59）
3．3．1 調節閥的結構特性 （60）
3．3．2 調節閥的流量特性 （62）
3．3．3 調節閥的可調比 （66）
3．4 氣動調節閥的選型 （68）
3．4．1 調節閥結構形式的選擇 （69）
3．4．2 調節閥氣開與氣關形式的選擇 （69）
3．4．3 調節閥流量特性的選擇 （70）
3．4．4 調節閥口徑的確定 （71）
3．5 利用MATLAB確定調節閥的口徑 （78）
本章小結 （84）
習題 （84）
第4章 PID控製原理 （86）
4．1 PID控製的特點 （86）
4．2 比例控製（P控製） （87）
4．2．1 比例控製的調節規律和比例帶 （87）
4．2．2 比例控製的特點 （88）
4．2．3 比例帶對控製過程的影響 （90）
4．3 比例積分控製（PI控製） （92）
4．3．1 積分控製的調節規律 （92）
4．3．2 比例積分控製的調節規律 （94）
4．3．3 積分飽和現象與抗積分飽和的措施 （95）
4．4 比例積分微分控製（PID控製） （97）
4．4．1 微分控製的調節規律 （97）
4．4．2 比例微分控製的調節規律 （97）
4．4．3 比例微分控製的特點 （98）
4．4．4 比例積分微分控製的調節規律 （99）
4．5 數字PID控製 （100）
4．5．1 基本的數字PID控製算法 （101）
4．5．2 改進的數字PID控製算法 （102）
4．6 利用MATLAB實現PID控製規律 （104）
本章小結 （108）
習題 （109）
第5章 簡單控製係統 （110）
5．1 簡單控製係統的分析 （110）
5．1．1 控製係統的工作過程 （110）
5．1．2 簡單控製係統的組成 （111）
5．1．3 簡單離散控製係統的組成 （113）
5．2 簡單控製係統的設計 （114）
5．2．1 被控變量和操作變量的選擇 （114）
5．2．2 檢測變送儀錶的選擇 （117）
5．2．3 控製器的選型 （119）
5．3 簡單控製係統的整定 （123）
5．3．1 控製器參數整定的基本要求 （124）
5．3．2 PID控製器參數的工程整定 （125）
5．3．3 PID控製器參數的自整定 （133）
5．4 簡單控製係統的投運 （135）
5．5 簡單控製係統的故障與處理 （137）
5．6 利用MATLAB對簡單控製係統進行仿真 （139）
5．6．1 利用MATLAB對PID控製器參數進行整定 （139）
5．6．2 利用Simulink對PID控製器參數進行自整定 （142）
本章小結 （146）
習題 （146）
第6章 串級控製係統 （148）
6．1 串級控製係統的基本概念 （148）
6．1．1 串級控製的提齣 （148）
6．1．2 串級控製係統的組成 （151）
6．1．3 串級控製係統的工作過程 （151）
6．2 串級控製係統的分析 （153）
6．2．1 增強係統的抗乾擾能力 （153）
6．2．2 改善對象的動態特性 （155）
6．2．3 對負荷變化有一定的自適應能力 （157）
6．3 串級控製係統的設計 （157）
6．3．1 副迴路的選擇 （158）
6．3．2 主、副迴路工作頻率的選擇 （159）
6．3．3 主、副控製器的選型 （162）
6．4 串級控製係統的整定 （164）
6．4．1 逐步逼近法 （165）
6．4．2 兩步整定法 （165）
6．4．3 一步整定法 （166）
6．5 串級控製係統的投運 （167）
6．6 利用MATLAB對串級控製係統進行仿真 （167）
本章小結 （173）
習題 （173）
第7章 補償控製係統 （174）
7．1 補償控製的原理 （174）
7．2 前饋控製係統 （175）
7．2．1 前饋控製的概念 （175）
7．2．2 前饋控製係統的結構 （176）
7．2．3 前饋控製係統的設計 （182）
7．2．4 前饋控製係統的整定 （186）
7．3 大遲延控製係統 （189）
7．3．1 大遲延係統的概述 （189）
7．3．2 大遲延控製係統的設計 （189）
7．4 利用MATLAB對補償控製係統進行仿真 （194）
本章小結 （197）
習題 （198）
第8章 特殊控製係統 （199）
8．1 比值控製係統 （199）
8．1．1 比值控製的概念 （199）
8．1．2 比值控製係統的類型 （200）
8．1．3 比值控製係統的設計 （204）
8．1．4 控製器的選型和整定 （211）
8．2 均勻控製係統 （213）
8．2．1 均勻控製的概念 （213）
8．2．2 均勻控製係統的設計 （214）
8．2．3 均勻控製係統的整定 （217）
8．3 分程控製係統 （218）
8．3．1 分程控製的概念 （218）
8．3．2 分程控製係統的應用 （219）
8．3．3 分程控製係統的實施 （222）
8．4 自動選擇性控製係統 （225）
8．4．1 自動選擇性控製的概念 （225）
8．4．2 自動選擇性控製係統的類型 （225）
8．4．3 控製器的選型和整定 （228）
8．5 順序控製係統 （230）
8．5．1 順序控製的概念 （230）
8．5．2 順序控製組成 （230）
8．3．3 順序控製的錶示及設計方法 （231）
8．6 利用MATLAB對特殊控製係統進行仿真 （234）
本章小結 （238）
習題 （238）
第9章 解耦控製係統 （240）
9．1 解耦控製的基本概念 （240）
9．1．1 控製迴路間的耦閤 （240）
9．1．2 被控對象的典型耦閤結構 （241）
9．2 解耦控製係統的分析 （242）
9．2．1 耦閤程度的分析 （242）
9．2．2 相對增益分析法 （243）
9．2．3 減少及消除耦閤的方法 （249）
9．3 解耦控製係統的設計 （251）
9．3．1 前饋補償解耦法 （251）
9．3．2 反饋解耦法 （254）
9．3．3 對角陣解耦法 （255）
9．3．4 單位陣解耦法 （256）
9．4 解耦控製係統的實施 （257）
9．4．1 解耦控製係統的穩定性 （257）
9．4．2 多變量控製係統的部分解耦 （258）
9．4．3 解耦控製係統的簡化 （258）
9．5 利用MATLAB對解耦控製係統進行仿真 （259）
本章小結 （263）
習題 （264）
第10章 計算機過程控製係統 （266）
10．1 計算機過程控製係統簡介 （266）
10．2 計算機過程控製係統的組成 （267）
10．3 計算機過程控製係統的類型 （268）
10．4 先進過程控製方法 （273）
本章小結 （277）
習題 （277）
第11章 電廠鍋爐設備的控製 （278）
11．1 火力發電廠工藝流程 （278）
11．2 鍋爐給水控製係統 （279）
11．2．1 概述 （279）
11．2．2 給水係統的主被調參數、調節參數及控製方式 （280）
11．2．3 給水係統的對象特性 （281）
11．2．4 給水係統的控製方案 （283）
11．3 鍋爐主蒸汽溫度控製 （285）
11．3．1 概述 （285）
11．3．2 氣溫控製的被調參數和調節參數及對象特性 （285）
11．3．3 過熱汽溫控製基本方案 （287）
11．4 鍋爐燃燒控製係統 （290）
11．4．1 燃燒控製的任務 （290）
11．4．2 燃燒係統的被調參數及控製參數 （291）
11．4．3 燃燒係統對象的動態特性 （291）
11．4．4 燃燒係統的控製方案 （293）
附錄A 儀錶位號 （297）
參考文獻 （299）

前言/序言

前言

本書自2009年5月初版和2013年1月再版以來，得到瞭廣大讀者的關心和支持，被國內多所大學選為教材。這次修訂在保持前兩版係統、實用、易讀的特點和基本框架的基礎上，修改瞭個彆章節的內容，還增加瞭火力發電廠鍋爐設備的控製。同時新的版本也符閤自動化專業培養目標、反映自動化專業教育改革方嚮、滿足自動化專業教學需要和多學科交叉背景學生的教學需求。

本書將當前在工業生産過程中廣泛應用或應用較為成熟的常規控製係統和控製方案作為重點，進行瞭全麵係統的闡述；而對於計算機過程控製係統和先進控製方法，在本書中僅進行瞭簡單介紹。因為，隨著生産過程控製技術的迅速發展，它們已各成體係，大多數的高等院校也已就計算機控製係統和先進控製理論等內容開設瞭相應的課程。

本書係統地論述瞭如下內容：（1）過程控製係統的要求、組成、性能指標和發展。（2）被控工業過程的數學模型及其獲取方法，包括對象數學模型動態特性的基本描述形式及獲取方法。（3）執行器的種類、選型和計算。（4）PID控製器控製規律的原理、分析與選型，包括模擬PID控製器和數字PID控製器的選型和參數整定。（5）簡單控製係統的基本概念、分析和設計，包括被控變量與控製變量的選擇，控製器和測量變送器的選型，控製器參數整定的常用方法與控製係統投運。（6）串級控製係統的結構組成、工作原理和方案設計，包括主、副被控變量和操作變量的選擇、主迴路和副迴路的設計及主控製器和副控製器的選擇，常用的串級控製係統的參數整定方法。（7）補償控製係統的原理和前饋控製的幾種結構形式，包括靜態前饋控製、動態前饋控製、復閤前饋控製等各種前饋控製係統的設計，前饋補償器的設計與實現，常用的工程整定方法；以及大遲延生産過程的概念，常規儀錶控製方案的實現，補償控製方案的設計與實現。（8）比值控製係統、均勻控製係統、分程控製係統、選擇性控製係統的基本概念，係統設計與實現和參數整定。（9）解耦控製係統，包括多變量係統的分析（相對增益的概念與計算、耦閤係統中的變量匹配）、控製器參數整定和常用的解耦控製係統設計方法等。（10）計算機過程控製係統的組成與類型和常用先進控製策略的簡單介紹。（11）火力發電廠鍋爐設備的控製。

本書取材先進實用，講解深入淺齣，各章均有用MATLAB/Simulink編寫的仿真及應用實例，強調瞭理論與實際相結閤。

本書由李國勇、何小剛和楊麗娟任主編，衛明社和王芳任副主編。全書共包含11章，其中第1章由任密蜂編寫；第2章和第11章由何小剛編寫；第3～5章由李國勇編寫；第6章由衛明社編寫；第7章由陳明文編寫；第8章由楊麗娟編寫；第9章由王芳編寫；第10章由魏峰編寫。閻高偉教授主審瞭全書，並提齣瞭許多寶貴的意見和建議，在此深錶謝意。此外，還要感謝電子工業齣版社編輯牛平月女士為本書的齣版所付齣的辛勤工作。

本教材適用學時數為40～56（2.5～3.5學分），章節編排具有相對獨立性，使教師與學生便於取捨，也便於不同層次院校的不同專業選用，以適應不同教學學時的需要。

本書提供配套的電子課件，可登錄華信教育資源網：www.hxedu.com.cn，注冊後免費下載。

由於編者水平有限，錯誤和不妥之處在所難免，敬請讀者指正。

編 者