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第1章 绪论1

1.1 过程控制发展简介1

1.1.1 仪表控制阶段1

1.1.2 计算机控制阶段2

1.1.3 网络过程自动化阶段2

1.2 过程控制系统的特点与分类3

1.2.1 过程控制系统的特点3

1.2.2 过程控制系统的分类4

1.3 过程控制系统及其基本组成5

1.3.1 被控过程5

1.3.2 检测器6

1.3.3 控制器6

1.3.4 执行器6

1.4 过程控制系统的评价与质量指标7

1.4.1 阶跃响应型单项性能指标7

1.4.2 偏差积分型综合性能指标9

本章小结9

思考题与习题10

第2章 检测仪表11

2.1 检测仪表与测量误差11

2.1.1 检测仪表11

2.1.2 测量误差与分类12

2.2 温度检测与变送14

2.2.1 温度检测14

2.2.2 热电偶15

2.2.3 热电阻19

2.2.4 温度变送器20

2.2.5 温度检测仪表的选择26

2.3 压力检测与变送27

2.3.1 压力的定义、单位和仪表类型27

2.3.2 弹性式压力检测仪表28

2.3.3 电气式压力检测仪表29

2.3.4 压力检测仪表的选用32

2.4 流量检测与变送32

2.4.1 流量的概念与流量计的分类33

2.4.2 几种常用的流量计33

2.5 物位检测与变送39

2.5.1 差压式液位计39

2.5.2 电容式物位计41

2.5.3 雷达式物位计42

本章小结43

思考题与习题43

第3章 基本控制算法与仪表45

3.1 基本控制算法及其特点46

3.1.1 比例控制46

3.1.2 比例积分控制47

3.1.3 比例微分控制48

3.1.4 比例积分微分控制50

3.1.5 基本控制算法的选择要点51

3.1.6 PID控制器的工程应用51

3.2 模拟控制仪表53

3.2.1 概况53

3.2.2 输入电路55

3.2.3 PID电路56

3.2.4 输出电路59

3.2.5 手动操作电路及无扰切换60

3.2.6 指示电路62

3.3 数字控制仪表63

3.3.1 数字式控制器的基本构成64

3.3.2 数字式控制器实例65

本章小结75

思考题与习题75

第4章 执行器与安全栅76

4.1 概述76

4.2 气动调节阀77

4.2.1 气动调节阀的基本结构77

4.2.2 调节阀的类型78

4.2.3 调节阀的流量特性80

4.2.4 调节阀的辅助机构85

4.2.5 调节阀的选择86

4.3 电动调节阀88

4.3.1 伺服放大器与伺服电动机89

4.3.2 减速器的作用90

4.3.3 位置发送器90

4.4 变频器90

4.4.1 变频器的结构与原理91

4.4.2 变频器在过程控制中的应用92

4.5 安全栅93

4.5.1 安全火花防爆概念93

4.5.2 安全栅的基本类型与原理94

4.5.3 输入式／输出式安全栅95

本章小结98

思考题与习题98

第5章 过程建模99

5.1 被控过程的数学模型与建立99

5.1.1 过程的数学模型99

5.1.2 过程建模的目的与要求100

5.1.3 过程建模的方法101

5.2 机理法建模102

5.2.1 机理法建模的基本思路102

5.2.2 有自平衡能力过程建模103

5.2.3 无自平衡能力过程建模110

5.3 测试法建模111

5.3.1 测试法建模的方法111

5.3.2 时域响应曲线法112

5.4 基于最小二乘法的过程辨识117

5.4.1 离散时间系统模型117

5.4.2 批处理最小二乘法119

5.4.3 递推最小二乘法123

5.4.4 具有遗忘因子的递推最小二乘法125

5.4.5 递推增广最小二乘法125

5.4.6 模型阶次的确定128

本章小结129

思考题与习题129

第6章 常用过程控制系统132

6.1 单回路控制系统设计132

6.1.1 单回路控制系统的基本结构与原理132

6.1.2 被控量的选择133

6.1.3 操纵量及控制通道的选择134

6.1.4 执行器的选择138

6.1.5 控制规律与作用方式的选择139

6.1.6 检测器的选择与布置140

6.2 系统投运与参数整定140

6.2.1 系统投运140

6.2.2 控制器参数整定及其方法141

6.2.3 工程整定法141

6.3 单回路控制系统设计举例145

6.3.1 生产过程与任务要求145

6.3.2 控制方案的选择146

6.4 串级控制系统148

6.4.1 问题的出现148

6.4.2 串级控制系统的提出149

6.4.3 基本结构、工作特点与应用场合150

6.5 串级控制系统的设计、整定与举例153

6.5.1 串级控制系统的设计153

6.5.2 控制器参数整定155

6.5.3 设计举例156

本章小结159

思考题与习题159

第7章 满足特定要求的过程控制系统161

7.1 比值控制系统161

7.1.1 基本概念161

7.1.2 比值控制系统的类型161

7.1.3 比值控制系统设计164

7.1.4 比值控制系统的实施与参数整定166

7.1.5 比值控制的应用举例166

7.2 均匀控制系统167

7.2.1 均匀控制的提出及其概念167

7.2.2 均匀控制系统的常见类型169

7.2.3 均匀控制器参数整定170

7.3 分程控制系统171

7.3.1 分程控制171

7.3.2 值得关注的问题及其解决方法173

7.3.3 应用举例175

7.4 选择性控制系统176

7.4.1 选择性控制的产生与概念176

7.4.2 选择控制系统的类型、结构与原理177

7.4.3 选择性控制系统的设计179

7.4.4 选择性控制系统的应用180

本章小结181

思考题与习题182

第8章 复杂过程控制系统183

8.1 前馈控制系统183

8.1.1 前馈控制的概念与特点183

8.1.2 前馈控制的几种形式185

8.1.3 前馈控制的选用与前馈控制器188

8.1.4 前馈控制系统的应用189

8.2 时延控制系统191

8.2.1 时延问题191

8.2.2 预估补偿控制192

8.2.3 预估补偿控制的改进194

8.3 解耦控制系统196

8.3.1 解耦控制系统196

8.3.2 耦合程度与性质197

8.3.3 变量配对与控制器参数整定201

8.3.4 解耦控制系统的设计202

8.3.5 两个相关的问题206

8.4 模型预测控制系统207

8.4.1 概述207

8.4.2 模型算法控制208

8.4.3 多步动态矩阵控制214

8.4.4 几个参数的讨论216

本章小结218

思考题与习题219

第9章 过程计算机控制系统220

9.1 概述220

9.1.1 计算机集中式控制系统220

9.1.2 集散控制系统220

9.1.3 现场总线控制系统222

9.1.4 工业以太网控制系统223

9.2 直接数字控制系统226

9.2.1 数字控制系统的组成与工作原理226

9.2.2 信号采集、数字滤波与数据处理227

9.2.3 数字控制算法231

9.2.4 数据输出232

9.3 ControlNet现场总线控制系统232

9.3.1 ControlNet概况与体系结构232

9.3.2 ControlNet通信模式与信息交换234

9.3.3 ControlNet传输技术236

9.3.4 ControlNet总线产品237

9.3.5 ControlNet现场总线应用举例239

9.4 工业以太网控制技术241

9.4.1 工业以太网系统结构241

9.4.2 工业以太网的关键技术245

9.4.3 几种典型的工业以太网249

9.4.4 工业以太网存在的问题254

本章小结255

思考题与习题255

第10章 过程控制系统的设计及举例256

10.1 过程控制设计概要256

10.1.1 过程控制的设计要求256

10.1.2 设计过程控制前要做的工作257

10.1.3 过程控制系统设计的主要内容257

10.2 锅炉设备的控制259

10.2.1 锅炉设备259

10.2.2 汽包水位控制系统260

10.2.3 锅炉燃烧控制系统264

10.2.4 蒸汽过热过程的控制267

本章小结268

思考题与习题268

附录A 过程控制试题270

过程控制试题一270

过程控制试题二272

附录B 镍铬－镍硅（镍铝）热电偶分度表（分度号K）276

参考文献277