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陈雪亭，张日东，左燕 等，薛安克，孔亚广 著

图书标签:

• 过程控制
• 自动化
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• 工业自动化
• 控制工程
• 传感器
• 执行器
• PID控制
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• Simulink

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040373936

商品编码：29692589068

包装：平装

出版时间：2013-07-01

基本信息

书名:工程应用型自动化专业系列教材：过程控制

：23.50元

售价：16.0元,便宜7.5元,折扣68

作者:陈雪亭,张日东,左燕 等,薛安克,孔亚广

出版社：高等教育出版社

出版日期：2013-07-01

ISBN：9787040373936

字数：

页码：218

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

《工程应用型自动化专业系列教材：过程控制》以工业过程控制典型应用技术为主，内容覆盖过程特性、控制技术、控制系统和执行器、工程设计规范及应用范例等。全书共分12章：章为绪论，介绍过程控制系统的组成及相关技术指标；第2章为过程建模与过程特性，主要介绍典型过程特性及其数学描述，并介绍过程特性参数的获取方法；第3章为简单控制系统，主要包括简单控制系统的设计及参数整定技术；第4章为复杂控制系统，包括串级、前馈、比值、均匀、分程、选择等；第5章为过程计算机控制系统，包括计算机控制系统的典型结构以及主要计算机控制产品介绍；第6章为流体输送设备控制，介绍离心泵及离心压缩机的控制；第7章为反应器控制，介绍典型反应器的基本控制方案；第8章为传热设备控制，介绍了换热器传热过程的动态特性及基本控制方案；第9章为精馏塔控制系统，介绍了精馏塔的原理及基本控制方案；0章为火力发电厂大型单元机组的自动控制，介绍了单元机组控制系统、锅炉燃烧系统的控制、锅炉给水控制系统及蒸汽温度控制系统；1章为冶金工业过程控制，简要介绍了氧气转炉炼钢控制和初轧生产过程的控制；2章为间歇过程控制，介绍了间歇生产过程的特点及间歇过程控制方案。
　　《工程应用型自动化专业系列教材：过程控制》重在理论联系实际，注重控制工程应用背景及控制系统体系的描述，介绍基本分析方法时，对问题的引出给予足够的重视。在相应章节介绍了基本分析方法后，尽量给出相应的工程实例进行分析。
　　《工程应用型自动化专业系列教材：过程控制》既可作为大专院校自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器等专业的教材，也适用于从事测量、检测、控制等系统研究、设计和开发的科研与工程技术人员参考。

目录

章 绪论
1.1 概述
1.2 过程控制系统
1.2.1 过程控制系统的组成
1.2.2 过程控制系统的分类
1.2.3 过程控制系统结构及方框图
1.2.4 控制工艺图的组成及符号解释
1.3 过渡过程及品质指标
1.3.1 稳态性能指标
1.3.2 动态性能指标
1.4 小结
习题

第2章 过程建模与过程特性
2.1 典型受控过程
2.1.1 过程的数学描述
2.1.2 纯滞后过程
2.1.3 单容过程
2.1.4 多容过程
2.1.5 具备反向特性的过程
2.1.6 不稳定过程
2.1.7 过程特性参数
2.2 过程数学模型建立
2.2.1 机理建模方法
2.2.2 实验建模方法
2.3 小结
习题

第3章 简单控制系统
3.1 简单控制系统结构组成
3.1.1 储液罐液位控制系统
3.1.2 蒸汽加热器温度控制系统
3.1.3 简单控制系统组成
3.2 简单控制系统的设计
3.2.1 简单控制系统设计举例
3.2.2 系统设计原则与步骤
3.2.3 对象特性对控制质量的影响
3.2.4 被控变量的选择
3.2.5 操纵变量的选择
3.2.6 控制系统的调试与投运
3.3 控制器及其参数整定
3.3.1 三种常规的控制规律
3.3.2 控制器的选型
3.3.3 控制器参数的工程整定
3.4 调节阀
3.4.1 气动调节阀的结构
3.4.2 调节阀流量特性
3.4.3 气动调节阀选型
3.5 小结
习题

第4章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
4.1.1 工作原理及分析
4.1.2 系统设计
4.1.3 调节器选型及参数整定
4.2 前馈控制系统
4.2.1 前馈控制系统的几种结构形式
4.2.2 前馈控制规律的实施
4.3 大迟延过程系统
4.3.1 常规控制方案的设计与实现
4.3.2 预估补偿控制方案的设计与实现
4.4 比值控制系统
4.4.1 比值控制系统的类型
4.4.2 比值系数的计算
4.4.3 比值控制方案的实施
4.4.4 比值控制系统的投运和整定
4.5 均匀控制系统
4.5.1 均匀控制系统的由来和目的
4.5.2 均匀控制的特点
4.5.3 均匀控制方案
4.6 分程控制系统
4.6.1 分程控制系统的基本概念
4.6.2 分程控制系统的方案实施
4.7 选择性控制系统
4.7.1 概述
4.7.2 选择控制设计应用
4.7.3 其他选择控制系统
4.8 阀位控制系统
4.8.1 概述
4.8.2 阀位控制系统的工作原理
4.9 非线性控制系统
4.10 小结
习题

第5章 过程计算机控制系统
5.1 计算机控制系统的组成及分类
5.1.1 计算机控制系统的组成
5.1.2 计算机控制系统的分类
5.2 分布式计算机控制系统
5.2.1 概述
5.2.2 DCS的网铬结构及功能
5.2.3 DCS的硬件结构及功能
5.2.4 DCS的软件结构及功能
5.2.5 DCS的工程化设计
5.3 典型DCS控制系统
5.3.1 和利时DCS控制系统
5.3.2 Honey WellPKS控制系统
5.4 小结
习题

第6章 流体输送设备控制
6.1 泵和压缩机的基本控制
6.1.1 离心泵的工作原理
6.1.2 离心泵的工作特性
6.1.3 离心泵的控制方案
6.2 离心压缩机防喘振控制
6.2.1 离心压缩机的喘振
6.2.2 离心压缩机防喘振控制系统的设计
6.2.3 测量出口流量的可变极限流量防喘振控制
6.2.4 离心压缩机串并联时的防喘振控制
6.3 小结
习题

第7章 反应器控制
7.1 概述
7.1.1 化学反应的基本规律
7.1.2 反应器温度数学模型
7.2 反应器的基本控制方案
7.2.1 反应器的出料压力控制
7.2.2 反应器的串级控制与分段
……
第8章 传热设备控制
第9章 精馏塔控制系统
0章 火力发电厂大型单元机组的自动控制
1章 冶金工业过程控制
2章 间歇过程控制

作者介绍

文摘

序言

章 绪论
1.1 概述
1.2 过程控制系统
1.2.1 过程控制系统的组成
1.2.2 过程控制系统的分类
1.2.3 过程控制系统结构及方框图
1.2.4 控制工艺图的组成及符号解释
1.3 过渡过程及品质指标
1.3.1 稳态性能指标
1.3.2 动态性能指标
1.4 小结
习题

第2章 过程建模与过程特性
2.1 典型受控过程
2.1.1 过程的数学描述
2.1.2 纯滞后过程
2.1.3 单容过程
2.1.4 多容过程
2.1.5 具备反向特性的过程
2.1.6 不稳定过程
2.1.7 过程特性参数
2.2 过程数学模型建立
2.2.1 机理建模方法
2.2.2 实验建模方法
2.3 小结
习题

第3章 简单控制系统
3.1 简单控制系统结构组成
3.1.1 储液罐液位控制系统
3.1.2 蒸汽加热器温度控制系统
3.1.3 简单控制系统组成
3.2 简单控制系统的设计
3.2.1 简单控制系统设计举例
3.2.2 系统设计原则与步骤
3.2.3 对象特性对控制质量的影响
3.2.4 被控变量的选择
3.2.5 操纵变量的选择
3.2.6 控制系统的调试与投运
3.3 控制器及其参数整定
3.3.1 三种常规的控制规律
3.3.2 控制器的选型
3.3.3 控制器参数的工程整定
3.4 调节阀
3.4.1 气动调节阀的结构
3.4.2 调节阀流量特性
3.4.3 气动调节阀选型
3.5 小结
习题

第4章 复杂控制系统
4.1 串级控制系统
4.1.1 工作原理及分析
4.1.2 系统设计
4.1.3 调节器选型及参数整定
4.2 前馈控制系统
4.2.1 前馈控制系统的几种结构形式
4.2.2 前馈控制规律的实施
4.3 大迟延过程系统
4.3.1 常规控制方案的设计与实现
4.3.2 预估补偿控制方案的设计与实现
4.4 比值控制系统
4.4.1 比值控制系统的类型
4.4.2 比值系数的计算
4.4.3 比值控制方案的实施
4.4.4 比值控制系统的投运和整定
4.5 均匀控制系统
4.5.1 均匀控制系统的由来和目的
4.5.2 均匀控制的特点
4.5.3 均匀控制方案
4.6 分程控制系统
4.6.1 分程控制系统的基本概念
4.6.2 分程控制系统的方案实施
4.7 选择性控制系统
4.7.1 概述
4.7.2 选择控制设计应用
4.7.3 其他选择控制系统
4.8 阀位控制系统
4.8.1 概述
4.8.2 阀位控制系统的工作原理
4.9 非线性控制系统
4.10 小结
习题

第5章 过程计算机控制系统
5.1 计算机控制系统的组成及分类
5.1.1 计算机控制系统的组成
5.1.2 计算机控制系统的分类
5.2 分布式计算机控制系统
5.2.1 概述
5.2.2 DCS的网铬结构及功能
5.2.3 DCS的硬件结构及功能
5.2.4 DCS的软件结构及功能
5.2.5 DCS的工程化设计
5.3 典型DCS控制系统
5.3.1 和利时DCS控制系统
5.3.2 Honey WellPKS控制系统
5.4 小结
习题

第6章 流体输送设备控制
6.1 泵和压缩机的基本控制
6.1.1 离心泵的工作原理
6.1.2 离心泵的工作特性
6.1.3 离心泵的控制方案
6.2 离心压缩机防喘振控制
6.2.1 离心压缩机的喘振
6.2.2 离心压缩机防喘振控制系统的设计
6.2.3 测量出口流量的可变极限流量防喘振控制
6.2.4 离心压缩机串并联时的防喘振控制
6.3 小结
习题

第7章 反应器控制
7.1 概述
7.1.1 化学反应的基本规律
7.1.2 反应器温度数学模型
7.2 反应器的基本控制方案
7.2.1 反应器的出料压力控制
7.2.2 反应器的串级控制与分段
……
第8章 传热设备控制
第9章 精馏塔控制系统
0章 火力发电厂大型单元机组的自动控制
1章 冶金工业过程控制
2章 间歇过程控制

过程控制：驱动现代工业的智慧之眼 在当今瞬息万变的工业生产环境中，对流程的精确、高效和稳定控制是企业生存与发展的基石。从精细化工的分子合成，到能源行业的能量转换，再到食品饮料的严苛质量要求，每一个环节都离不开对复杂过程的深刻理解和智能调控。“过程控制”这一学科，正是赋予工业生产“智慧之眼”的关键技术，它如同工业界的神经系统，默默地协调着庞大的生产机器，确保其安全、经济、高效地运行。 本书并非从零开始的理论堆砌，而是聚焦于“工程应用型”这一核心理念，旨在为读者构建一个坚实而实用的过程控制知识体系。我们深知，在实际工程项目中，理论知识的落地应用与工程经验的积累同样重要。因此，本书的内容编排紧密围绕实际工程需求展开，力求将抽象的控制理论转化为可操作、可理解的工程实践。 内容概览：从基础到前沿，层层递进 本书的内容体系设计遵循循序渐进、由浅入深的原则，首先从过程控制的基本概念和原理入手，帮助读者建立起对学科的整体认识。 第一部分：过程控制基础 过程的基本特性与建模： 任何控制系统的设计都始于对被控对象的深入理解。本部分将详细阐述工业过程中常见的物理、化学特性，如惯性、滞后、增益、非线性等，并通过引入数学模型，如传递函数、状态空间方程等，将这些特性转化为可分析、可仿真的数学语言。我们将重点介绍如何根据实际物理过程建立相应的数学模型，并讨论不同建模方法的优缺点及其适用场景。例如，在化工反应器中，反应动力学、传热传质过程如何转化为描述温度、浓度变化的微分方程；在电力系统中，发电机、输电线路的动态特性如何用状态方程来刻画。 控制器与执行器的基本类型： 了解过程的特性后，下一步是选择合适的“大脑”（控制器）和“手脚”（执行器）来对其进行调控。本部分将系统介绍PID（比例-积分-微分）控制器作为最经典、应用最广泛的控制器类型，剖析其P、I、D各项参数的作用机理，以及如何通过整定实现对过程的优化控制。同时，还将介绍其他常用的控制器类型，如模糊控制器、模型预测控制器等，并讨论它们在特定应用场景下的优势。执行器方面，我们将讲解气动、电动、液压等不同类型阀门、泵、电机的选型与工作原理，以及它们如何将控制器的指令转化为实际的物理作用。 反馈控制与前馈控制： 反馈控制是过程控制的核心，它通过测量过程变量并与设定值比较来自动调整控制输出，以消除偏差。本部分将深入分析反馈控制的结构、稳定性分析方法（如根轨迹法、奈奎斯特图法、伯德图法），以及时域和频域分析的意义。在此基础上，还将介绍前馈控制的概念，探讨如何利用对干扰的先验知识来提前调整控制输出，从而提高控制系统的响应速度和鲁棒性。例如，在温度控制系统中，当原料流量发生变化时，前馈控制可以提前调整加热功率，以补偿温度下降的趋势。 第二部分：现代过程控制技术 先进控制策略： 随着工业自动化水平的不断提升，PID控制已不能满足所有复杂过程的需求。本部分将重点介绍各种先进控制策略，如： 模型预测控制（MPC）： MPC的核心在于利用被控对象的数学模型，预测未来一段时间内的系统响应，并通过优化算法计算出最优的控制序列。我们将详细讲解MPC的基本原理，包括模型获取、预测模型、滚动优化、约束处理等关键环节。MPC在处理多变量耦合系统、具有约束条件的过程（如化工生产中的经济优化）等方面展现出卓越的性能。 自适应控制： 针对过程特性随时间变化的系统，自适应控制能够实时调整控制器参数，以保持良好的控制性能。本部分将介绍自适应控制的几种基本方法，如基于参数估计的自适应控制、基于模糊逻辑的自适应控制等。 模糊控制与神经网络控制： 这类基于智能算法的控制方法，能够处理难以建立精确数学模型的复杂非线性系统。我们将讲解模糊逻辑的推理机制，如何设计模糊规则库，以及神经网络在模式识别和控制中的应用。 多变量过程控制： 许多工业过程并非孤立的单输入单输出（SISO）系统，而是存在多个相互影响的输入和输出（MIMO）系统。本部分将深入探讨多变量过程的建模方法，如相对增益阵（RGA）分析，用于判断变量之间的耦合关系，指导解耦控制器的设计。我们将介绍串级控制、前馈/反馈串级控制等常用策略，以及如何利用多变量预测控制来协调多个控制回路，实现整体最优。 状态估计与观测器设计： 在实际工程中，一些关键的过程变量可能无法直接测量，或者测量信号噪声较大。这时就需要状态估计技术。本部分将介绍卡尔曼滤波器（Kalman Filter）等状态估计算法，以及基于观测器（Observer）的状态重构方法，例如Luenberger观测器，以提供对系统内部状态的估计，从而提高控制系统的性能和鲁棒性。 第三部分：过程控制系统设计与实施 仪表与传感器选型： 准确的测量是控制的基础。本部分将详细介绍各种工业现场常用的传感器和仪表，包括温度、压力、流量、液位、浓度等测量仪表，讲解它们的测量原理、精度等级、适用范围以及选型原则。同时，还将讨论传感器的安装、校准与维护，确保测量数据的可靠性。 控制系统架构与集成： 现代过程控制系统是集成的整体。本部分将介绍分散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）、高级过程控制（APC）系统等不同层次的控制系统架构。我们将重点分析各系统之间的协同工作方式，以及如何进行系统集成，实现数据采集、信号处理、控制算法运行、设备联动等功能。 安全仪表系统（SIS）与风险管理： 工业安全是过程控制的首要目标。本部分将深入讲解安全仪表系统（SIS）的设计原则、功能安全标准（如IEC 61508/61511），以及如何通过引入冗余、故障检测等技术来提高系统的可靠性。我们将分析常见的过程风险，并阐述如何通过控制系统设计来预防和缓解事故发生。 仿真与调试： 在将控制系统投入实际运行之前，仿真和调试是必不可少的环节。本部分将介绍常用的过程仿真软件（如MATLAB/Simulink、Aspen Plus等），讲解如何利用仿真来验证控制策略、优化参数、预测系统行为。同时，还将讨论实际工程中的调试方法与注意事项，如何进行系统联调、参数优化，以及故障排除。 第四部分：工程应用实例与发展趋势 典型行业应用分析： 本部分将选取几个典型工业领域，如石油化工、制药、电力、冶金、水处理等，详细分析这些行业在过程控制方面的特点、面临的挑战以及具体的应用案例。通过案例分析，读者可以更直观地理解书中理论知识的实际价值。例如，在炼油厂的连续重整过程中，如何通过多变量控制实现产品收率和质量的最优化；在制药企业的发酵过程中，如何精确控制温度、pH值、溶氧等关键参数以保证产品质量。 工业物联网（IIoT）与智能化控制： 随着工业物联网技术的兴起，过程控制正朝着更加智能化、网络化的方向发展。本部分将探讨IIoT如何赋能过程控制，包括海量数据的采集与分析、机器学习在过程优化中的应用、以及远程监控与诊断的实现。 绿色制造与可持续过程控制： 节能降耗、减少排放是现代工业的重要课题。本部分将讨论过程控制在实现绿色制造方面的作用，如何通过优化控制来降低能源消耗、提高资源利用率、减少污染物排放。 本书特色：理论与实践的完美结合 本书的编写团队由具有深厚学术背景和丰富工程实践经验的专家组成。我们不仅关注控制理论的最新发展，更重视理论在实际工程中的应用。因此，本书具有以下鲜明特色： 强调工程应用： 每一章节的讲解都紧密结合实际工程问题，提供具体的工程案例和解决方案。 系统全面： 内容涵盖了过程控制从基础理论到先进技术，再到系统设计与应用的全过程。 图文并茂： 大量采用流程图、系统框图、波特图、传递函数图等，帮助读者直观理解抽象概念。 深入浅出： 语言力求清晰易懂，避免不必要的专业术语堆砌，适合不同层次的读者。 前瞻性： 关注过程控制领域的前沿技术和发展趋势，为读者指明未来的学习方向。 目标读者： 本书适合以下人群阅读： 自动化、化工、机械、电气工程等相关专业的在校本科生和研究生。 从事过程控制、自动化仪表、系统集成等工作的工程师。 对工业自动化和过程控制技术感兴趣的广大工程技术人员。 结语： “过程控制”是推动现代工业进步的强大引擎，它将科学的严谨与工程的智慧融为一体。本书旨在成为您理解和掌握这一强大技术的得力助手，帮助您在不断发展的工业世界中，打造更智能、更高效、更安全的生产流程。我们相信，通过对本书内容的学习和实践，您将能够更自信地应对复杂过程控制的挑战，为推动工业的智能化和可持续发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我最近在学习过程控制相关的知识，市面上很多教材要么过于偏重数学推导，让我这个动手能力强于理论分析的人望而却步，要么就是内容浮于表面，讲了概念却不讲如何落地。然而，拿到这本教材后，我简直如获至宝。它的语言风格非常平易近人，没有那种高高在上的学院派腔调。在介绍像模糊控制、神经网络控制这类前沿技术时，作者总能用最直白的语言，结合工业现场的实例进行讲解，让你在理解其内在机理的同时，也能清晰地知道它在实际生产线上是如何发挥作用的。我特别欣赏其中对不同控制系统架构的对比分析，那种辩证的思维方式，极大地拓宽了我对自动化系统设计的理解边界，让我不再局限于传统的反馈控制思维。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的自动化工程师，我平时工作非常忙碌，很少有时间进行系统的理论回顾和学习。但我发现，这本书的章节划分非常灵活，即便是零散的时间段，我也可以针对性地阅读某一个特定知识点。比如，我前段时间需要快速了解一下模型预测控制（MPC）在某个特定反应器中的应用方法，直接翻到相关章节，内容组织得就像一个精心准备的讲座大纲，逻辑清晰，重点突出。它并没有强迫你必须从头读到尾，而是鼓励读者根据自己的工程需求，进行模块化学习和查阅，这种高度的实用性和灵活性，对于我们这些一线工程师来说，简直是量身定制的宝藏工具书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计真是让人眼前一亮，那种深邃的蓝色调配上醒目的橙色字体，立刻抓住了我的眼球。我原本以为一本关于过程控制的教材会是枯燥乏味的，但看到这本《工程应用型自动化专业系列教材：过程控制》，我的顾虑立刻烟消云散了。从目录上看，它涵盖了从基本的控制原理到复杂的先进控制策略，内容组织得非常系统和有逻辑性。作者似乎非常了解当前工业自动化领域的实际需求，书中大量的案例分析和实际应用场景的描述，让我感觉这不是一本纯理论的书籍，而是一本实战指南。特别是关于PID控制器的调优部分，讲解得非常深入透彻，不仅有理论推导，更有大量工程实践中的“坑”和“捷径”的分享，这对初学者或者想提升实战能力的工程师来说，无疑是巨大的福音。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量也相当出色，这在技术教材中往往是被忽视的一点。清晰的流程图、简洁的数学模型图，以及高质量的设备实物照片，都大大提升了阅读体验。我记得有一次我在研究一个复杂的串级控制系统，光是看文字描述就有点摸不着头脑，但翻到教材中对应的图示部分，瞬间就豁然开朗了。这种“图文并茂”的呈现方式，尤其适合我这种视觉学习者。而且，书中对于不同控制算法的性能指标对比表格做得非常详尽，这对于我在选择合适的控制策略时，提供了非常有价值的参考依据。可以说，这本书在细节处理上体现了专业性和匠心。

评分☆☆☆☆☆

我最欣赏这本书的，是它对于“工程应用”这四个字的深刻理解和实践。很多教科书停留在“是什么”的层面，但这本书更深入地探讨了“怎么办”和“为什么”。例如，在讨论到系统建模的局限性时，它没有停留在理论上的误差分析，而是直接提出了在模型不精确的情况下，如何通过鲁棒控制或自适应控制来保证系统性能的工程化解决方案。这种将理论创新与现场实际限制紧密结合的写作风格，让人感觉作者真的站在我们这些现场人员的角度，为我们排忧解难。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种解决实际工程问题的思维方式的培养，我强烈推荐给所有致力于在自动化领域深耕的同仁们。