過程控制工程

前言

第一篇 過程模型
第1章 引言
1.1了解要控制的對象——工藝流程
1.2控制系統(tǒng)的組成
1.3與控制緊密相關的操作——性能評估和過程監(jiān)視
1.4過程控制教育
第2章 典型過程的特征與模型描述
2.1液位系統(tǒng)
2.1.1單容液位對象
2.1.2雙容液位對象
2.1.3三容液位對象
2.2反應器系統(tǒng)
2.3電機系統(tǒng)
2.4TE過程
2.4.1概述
2.4.2TE過程描述
2.4.3TE過程機理建模
思考題與習題
第3章 基于數據驅動的過程建模
3.1引言
3.2線性回歸
3.3非線性回歸
3.4軟測量模型
3.4.1明確任務
3.4.2輔助變量的選擇
3.4.3過程數據的處理及訓練樣本的確定
3.4.4軟測量模型的建立
3.4.5軟測量模型的在線校正
3.5主成分分析
3.5.1數據的標準化處理
3.5.2主成分分析的基本原理
3.6偏最小二乘
思考題與習題

第二篇 控制系統(tǒng)結構與算法
第4章 單回路控制
4.1概述
4.2傳感器和變送器
4.2.1儀表信號的標準化
4.2.2傳感器
4.2.3變送器
4.3執(zhí)行裝置
4.3.1控制閥
4.3.2閥位定位器
4.3.3特制尺寸的控制閥
4.3.4控制閥的口徑選擇
4.4儀表準確度
4.5基本控制規(guī)律
4.5.1比例控制
4.5.2積分控制
4.5.3比例積分控制
4.5.4比例微分控制
4.5.5比例積分微分控制
4.5.6雙位控制
4.5.7數字PID控制器
4.6過程控制系統(tǒng)設計
4.6.1概述
4.6.2被控參數、控制參數的選擇
4.6.3確定控制方案及控制算法
4.6.4過程控制系統(tǒng)的硬件選擇
4.7過程的安全性
思考題與習題
第5章 擴展的單回路控制策略
5.1串級控制
5.1.1串級控制系統(tǒng)的基本概念
5.1.2串級控制系統(tǒng)分析
5.1.3串級控制系統(tǒng)設計
5.1.4串級控制系統(tǒng)投運及參數整定
5.2時延補償
5.3推斷控制
5.4自適應控制系統(tǒng)
思考題與習題
第6章 前饋和比值控制
6.1前饋控制系統(tǒng)
6.1.1前饋控制的基本原理
6.1.2前饋控制系統(tǒng)的幾種主要結構形式
6.1.3前饋?反饋控制系統(tǒng)
6.1.4前饋?串級控制系統(tǒng)
6.1.5前饋控制規(guī)律的實施
6.1.6前饋控制系統(tǒng)的應用
6.1.7前饋控制系統(tǒng)的參數整定
6.2比值控制概述
6.2.1開環(huán)比值控制系統(tǒng)
6.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)
6.2.3雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)
6.2.4其他類型的比值控制系統(tǒng)
6.2.5比值系數的計算
6.2.6比值控制方案的實施
思考題與習題
第7章 控制系統(tǒng)的結構設計
7.1操作變量的選擇
7.1.1控制自由度
7.1.2根據工藝流程圖計算控制自由度
7.1.3計算實例
7.2受控變量的選擇
7.2.1自尋優(yōu)原理
7.2.2基于自尋優(yōu)原理選擇被控變量的計算方法
7.3受控變量和操作變量配對的方法
7.3.1相對增益法
7.3.2Niederlinski指數計算
思考題與習題
第8章 面向全流程的控制系統(tǒng)設計方法
8.1自動化系統(tǒng)架構
8.2控制結構設計任務及方法
8.2.1Luyben建議的全流程控制設計方法
8.2.2集成仿真與啟發(fā)式規(guī)則的全流程控制設計方法
8.3Skogestad 提出的全流程控制系統(tǒng)結構設計方法
8.3.1用于操作的自由度
8.3.2全流程控制系統(tǒng)設計方法
思考題與習題
第9章 基于模型的預測控制
9.1概述
9.2模型預測控制的基本原理
9.3動態(tài)矩陣控制
9.4商品化的預測控制軟件
9.4.1RMPCT概述及主要功能
9.4.2RMPCT的相關參數
9.4.3RMPCT的基本組成
9.4.4RMPCT的關鍵技術
9.4.5RMPCT的主要應用領域
思考題與習題

第三篇 控制系統(tǒng)應用
第10章 流體輸送設備的控制
10.1概述
10.2泵及壓縮機的控制方案
10.2.1離心泵
10.2.2容積泵
10.2.3壓縮機的控制
10.3離心式壓縮機的防喘振控制
10.3.1喘振現象及原因
10.3.2防喘振控制系統(tǒng)
10.4壓縮機的串并聯運行及其控制
思考題與習題
第11章 傳熱設備的控制
11.1概述
11.1.1傳熱設備分類
11.1.2傳熱設備的靜態(tài)特性
11.1.3傳熱設備的動態(tài)特性
11.2一般傳熱設備的控制
11.2.1載熱流體流量控制
11.2.2載熱流體汽化溫度控制
11.2.3工藝介質分路控制
11.2.4傳熱面積控制
11.3加熱爐的控制
11.3.1加熱爐的簡單控制
11.3.2加熱爐的串級控制
11.3.3加熱爐的安全聯鎖保護
11.4鍋爐的控制
11.4.1鍋爐鍋筒水位控制
11.4.2鍋爐燃燒過程控制
11.4.3蒸汽過熱系統(tǒng)控制
11.5仿真實例
思考題與習題
第12章 精餾塔的控制
12.1概述
12.1.1精餾塔的控制要求
12.1.2精餾塔的擾動分析
12.2精餾塔的靜態(tài)特性
12.2.1總物料平衡
12.2.2能量平衡
12.2.3擾動對靜態(tài)的影響
12.3精餾塔的動態(tài)特性
12.3.1動態(tài)平衡方程
12.3.2單一塔板的動態(tài)特性
12.3.3精餾塔的受控變量的選擇
12.4精餾塔的基本控制方案
12.4.1按精餾段指標控制
12.4.2按提餾段指標控制
12.4.3精餾塔壓力控制
12.5二元精餾塔仿真實例
思考題與習題
第13章 化學反應器的控制
13.1化學反應和化學反應器
13.1.1化學反應特征
13.1.2化學反應器分類
13.1.3化學反應器的控制要求
13.2化學反應的基本規(guī)律
13.2.1反應速度方程
13.2.2均相反應動力學方程
13.2.3反應速度常數與溫度的關系
13.2.4化學平衡
13.3化學反應器動態(tài)數學模型
13.3.1單一不可逆反應
13.3.2反應器?汽提塔
13.3.3含兩種反應物的反應器?精餾塔
13.4化學反應器的常規(guī)控制
13.4.1單回路控制
13.4.2串級控制
13.4.3前饋控制
13.4.4分程控制
13.4.5分段控制
13.5反應器控制方案的應用
13.5.1反應器?精餾塔控制
13.5.2聚合釜內溫控制
13.5.3聚合釜溫度?壓力串級控制
13.6仿真實例
思考題與習題
第14章 實時優(yōu)化控制
14.1概述
14.2實時優(yōu)化實現流程
14.3實時優(yōu)化問題描述與求解
14.4線性規(guī)劃
14.4.1線性規(guī)劃的標準形式
14.4.2線性規(guī)劃問題的求解方法
14.5非線性規(guī)劃
14.5.1非線性規(guī)劃問題描述
14.5.2非線性規(guī)劃問題MATLAB解法
14.5.3二次規(guī)劃
思考題與習題
第15章 間歇過程控制
15.1間歇過程控制簡介
15.1.1間歇過程的定義
15.1.2間歇過程的特點
15.1.3間歇過程控制的研究現狀
15.2順序邏輯控制
15.2.1引言
15.2.2順序控制技術的現狀及進展
15.3批次對批次控制
15.3.1批次對批次控制簡介
15.3.2典型的Run?to?Run過程舉例
15.3.3常見的幾種Run?to?Run控制器
15.3.4廠級控制
15.4指數加權移動平均控制器
15.4.1指數加權移動平均控制器介紹
15.4.2多入多出過程的雙指數加權移動平均控制器
15.4.3多變量指數加權移動平均控制器的穩(wěn)定性分析

附錄
附錄A Laplace變換
A.1 典型函數的Laplace變換
A.2 Laplace變換的性質與定理
A.3 微分方程的Laplace變換解法
A.3.1 部分分式展開法
A.3.2 解微分方程的一般步驟
附錄B 常微分方程求解
B.1 數值積分法
B.2 常用方法
B.2.1 數值積分算法計算過程
B.2.2 積分步長的選擇
B.2.3 MATLAB的數值積分求解
方法
參考文獻