過程測控系統與工程過程測控系統與工程

《過程測控系統與工程過程測控系統與工程》是2020年電子工業出版社出版的圖書，作者是肖中俊。

基本介紹

• 中文名：過程測控系統與工程過程測控系統與工程
• 作者：肖中俊
• 出版社： 電子工業出版社 
• ISBN：9787121341915

內容簡介

本書是為了適應高等院校培養高水平套用型專業人才目標的需要而編寫的。本書主要內容包括自動化及儀表、典型控制系統及套用、先進控制技術與理論三大部分。其中，自動化及儀表部分主要介紹了過程自動化基本知識，檢測技術基礎知識，檢測儀表、執行儀表、控制儀表等的基本工作原理；典型控制系統及套用部分全面介紹了單迴路控制、串級控制、比值控制、分程控制、前饋控制等系統和工程；先進控制技術與理論部分主要介紹了時滯過程控制系統、智慧型控制系統、集散控制系統等。同時，本書融入課程思政教學設計，提供可參考的德育、智育課程體系，以實現專業課程思政育人目標。本書免費提供電子課件等教學資源，讀者可登錄華信教育資源網下載使用。本書理論聯繫實際、內容豐富、化工案例特色鮮明、實用性強，可作為自動化、智慧型製造工程、工業智慧型、測控技術與儀器、化學工藝與工程等專業相關課程的教材，也可供相關專業的研究生及專業工程技術人員學習和參考。

圖書目錄

第1章 過程控制系統基本概念 1

1．1 概述 1

1．2 過程控制技術發展簡況 1

1．3 過程自動化技術的知識內容 3

1．4 過程控制系統的特點與分類 4

1．4．1 過程控制系統的特點 4

1．4．2 過程控制系統的分類 5

1．5 過程控制系統的基本組成及表示形式 5

1．5．1 基本組成原理 5

1．5．2 控制系統框圖表示方法 7

1．5．3 管道及儀表流程圖 8

1．6 過程控制系統的基本要義 10

1．7 過程控制系統的過渡過程與質量

指標 12

1．7．1 穩定性描述 12

1．7．2 階躍回響型單項性能指標 13

1．7．3 誤差性能指標 14

第2章 過程特性與建模 16

2．1 過程的特點及描述方法 16

2．2 過程的數學模型及其建立 16

2．2．1 過程的數學模型 16

2．2．2 過程建模的目的與基本原則 18

2．2．3 過程建模的方法 19

2．3 機理法建模 20

2．3．1 機理法建模思路 20

2．3．2 數學模型具體表達式 20

2．3．3 一階過程的數學模型 22

2．3．4 二階過程的數學模型 24

2．3．5 具有純滯後特性過程的數學

模型 26

2．3．6 高階過程的數學模型 27

2．4 測試法建模 27

2．4．1 測試法建模思路 27

2．4．2 時域法 28

2．5 基於最小二乘法的過程辨識 33

2．5．1 離散時間系統模型 33

2．5．2 最小二乘問題的提法與求解 33

2．5．3 遞推最小二乘法 34

2．6 過程特性的參數分析 35

第3章 檢測技術及儀表 38

3．1 概述 38

3．1．1 檢測的概念 38

3．1．2 測量的單位 39

3．2 檢測儀表的分類與組成 39

3．3 檢測儀表的品質指標 40

3．4 測量誤差 43

3．4．1 測量誤差的意義 43

3．4．2 測量誤差的定義 43

3．4．3 測量誤差的分類 43

3．4．4 測量誤差的表示 44

3．4．5 準確度、精密度和精確度 45

3．5 測量的數據處理 46

3．5．1 測量結果的表示方法 46

3．5．2 有效數字的處理原則 46

3．5．3 異常測量值的判別與捨棄 47

3．6 壓力檢測及其儀表 47

3．6．1 壓力的有關概念 48

3．6．2 電氣式壓力計 49

3．6．3 智慧型型差壓/壓力變送器 56

3．6．4 壓力計的選用、安裝與校驗 58

3．7 流量檢測及流量儀表 62

3．7．1 流量的定義與單位 62

3．7．2 差壓式流量計 63

3．7．3 浮子流量計 69

3．7．4 橢圓齒輪流量計 74

3．7．5 渦輪流量計 75

3．7．6 電磁流量計 76

3．7．7 渦街流量計 78

3．7．8 質量流量計 80

3．8 物位檢測及儀表 82

3．8．1 概述 82

3．8．2 差壓液位變送器 83

3．8．3 電容式物位感測器 85

3．8．4 核輻射物位計 87

3．8．5 稱重式液罐計量儀 88

3．9 溫度檢測及儀表 89

3．9．1 溫度檢測方法及儀表 89

3．9．2 熱電偶溫度計 91

3．9．3 熱電阻溫度計 99

3．10 成分的檢測及儀表 104

3．10．1 紅外吸收式分析儀表 104

3．10．2 氣相色譜儀 105

3．10．3 液體濃度的檢測及儀表 106

3．10．4 pH值的測量及儀表 109

第4章 控制算法與儀表 112

4．1 基本控制規律及其對系統過渡過程

的影響 112

4．1．1 位式控制 113

4．1．2 比例控制 114

4．1．3 積分控制 115

4．1．4 微分控制 116

4．2 傳統PID控制器 117

4．3 PID控制選擇及套用 120

4．3．1 基本控制算法選擇 120

4．3．2 PID控制器的正/反作用

方式 120

4．3．3 PID控制器的積分飽和及其

抵抗方法 121

4．4 模擬控制儀表 122

4．4．1 模擬控制儀表概況 122

4．4．2 輸入電路 124

4．4．3 PD電路 125

4．4．4 輸出電路 127

4．4．5 手動操作電路及無擾切換 127

4．4．6 指示電路 129

4．5 數字控制儀表 129

第5章 執行器與安全柵 132

5．1 概述 132

5．2 氣動執行器 133

5．2．1 氣動執行器基本結構 133

5．2．2 調節閥的類型 134

5．2．3 調節閥的流量特性 135

5．2．4 調節閥的選擇 140

5．3 電動調節閥 141

5．4 變頻器 143

5．4．1 變頻器工作原理 143

5．4．2 變頻器分類 144

5．4．3 變頻調速驅動原理 145

5．4．4 變頻器在過程控制中的

套用 147

5．5 安全柵 147

5．5．1 安全火花防爆概念 147

5．5．2 安全柵的基本類型與原理 148

第6章 簡單過程控制系統 150

6．1 單迴路控制系統組成與結構 150

6．1．1 單迴路控制系統結構框圖 150

6．1．2 單迴路控制系統傳遞函式

描述 151

6．2 單迴路控制系統的設計 151

6．2．1 被控量及其選擇 151

6．2．2 操縱量及控制通道的選擇 152

6．2．3 執行器及其選擇 156

6．2．4 控制規律及其作用方式的

選擇 157

6．2．5 檢測器及其選擇配置 158

6．3 單迴路控制系統投運與參數整定 158

6．3．1 系統投運 158

6．3．2 控制器參數整定及其方法 159

6．3．3 工程整定法 159

6．4 單迴路控制系統設計舉例 163

6．4．1 生產過程描述 163

6．4．2 控制方案的選擇 164

6．5 工業過程單迴路控制系統分析實踐 166

6．5．1 壓力單迴路調節系統 166

6．5．2 液位單迴路調節系統 168

6．5．3 流量單迴路調節系統 172

6．5．4 溫度單迴路調節系統 173

第7章 複雜過程控制系統 175

7．1 串級控制系統 175

7．1．1 串級控制系統案例分析 175

7．1．2 串級控制系統工作原理 177

7．1．3 串級控制系統的設計 178

7．1．4 串級控制系統參數整定 180

7．2 均勻控制系統 181

7．2．1 均勻控制 181

7．2．2 均勻控制方案 183

7．2．3 均勻控制器參數整定 184

7．3 比值控制系統 185

7．3．1 比值控制 185

7．3．2 比值控制方案 186

7．3．3 比值控制系統的設計 189

7．3．4 比值器參數整定 190

7．4 分程控制系統 191

7．4．1 分程控制 191

7．4．2 分程控制套用場合 192

7．4．3 分程控制中的幾個問題 193

7．5 選擇性控制系統 195

7．5．1 選擇性控制 195

7．5．2 選擇性控制系統類型 195

7．5．3 選擇性控制系統的設計 197

7．6 前饋控制系統 198

7．6．1 前饋控制 198

7．6．2 前饋控制系統的幾種主要

結構形式 200

7．6．3 前饋控制器的設計 202

第8章 時滯過程控制系統 204

8．1 Smith預估器 204

8．1．1 傳統Smith預估器 204

8．1．2 雙自由度Smith預估器 206

8．1．3 Smith預估器的特點 210

8．2 Dahlin算法 211

8．2．1 傳統Dahlin算法 211

8．2．2 具有分數時滯的Dahlin

算法 212

8．3 內模控制方法 213

8．3．1 傳統內模控制 213

8．3．2 雙自由度內模控制 216

8．4 預測控制的產生和發展 217

8．4．1 預測控制基本原理 218

8．4．2 預測控制統一數學描述 218

8．4．3 DMC模型 219

8．4．4 DMC算法原理 220

8．4．5 約束的處理 223

8．4．6 DMC算法控制參數的調整與

設計 224

8．5 時滯過程的GPC 225

8．5．1 時滯過程的描述 225

8．5．2 時滯過程輸出信號的最

優線性預估 225

8．5．3 時滯過程的廣義預測控制器

設計 227

第9章 新型控制系統基礎 230

9．1 智慧型控制的研究對象與複雜系統 230

9．2 智慧型控制系統的特點 231

9．3 現代智慧型控制理論 231

9．4 智慧型控制發展概況 235

9．5 模糊控制 236

9．5．1 模糊邏輯基礎 236

9．5．2 模糊控制系統的組成 242

9．5．3 模糊控制器的設計 244

9．6 神經網路控制 247

9．6．1 神經網路基本概念 247

9．6．2 神經網路模型和學習方法

分類 248

9．6．3 典型神經網路模型 249

9．6．4 神經網路控制 251

9．7 專家控制系統 253

9．7．1 專家系統構成及特點 253

9．7．2 專家控制系統構成及原理 254

9．7．3 專家控制器設計 257

9．8 解耦控制系統 259

9．8．1 解耦控制 259

9．8．2 解耦控制系統的設計 260

9．8．3 兩個相關的問題 262

9．9 遺傳算法 263

9．9．1 遺傳算法概述 263

9．9．2 遺傳算法的工作原理 264

9．9．3 遺傳算法的實現和改進 270

第10章 集散控制系統 274

10．1 集散控制系統概述 274

10．1．1 集散控制系統的組成 274

10．1．2 集散控制系統發展概況 277

10．1．3 集散控制系統的技術要點 278

10．1．4 集散控制系統結構 281

10．2 MACS介紹 281

10．2．1 MACS的技術特點 282

10．2．2 MACS硬體體系 283

10．2．3 MACS軟體體系 287

10．3 PCS7介紹 289

10．3．1 PCS7的技術特點 289

10．3．2 PCS7的硬體體系 290

10．3．3 PCS7的軟體體系 293

附錄A 課程思政教學設計 296

參考文獻 302

作者簡介

肖中俊，1979年生，湖北大悟人，工學博士，齊魯工業大學（山東省科學院）教授，碩士生導師，自動化專業負責人，山東省課程思政研究中心工作人員。主講山東省一流本科課程《過程控制》、山東省數位化優質課程《儀表及自動化》，主持省級以上教研課題5項，發表高水平教科研究論文30餘篇，出版專著1部、編著2部、教材2部。獲得山東省教學成果一等獎2項、校級教學成果獎一等獎3項。指導學生創新競賽獲得獎16項、省級獎勵30餘項。曾獲學校第一屆”說課能手”、第三屆教學方法改革標兵、第六屆“師德標兵”榮譽稱號，是德融好教案、好課堂、好教師獲得者，連續多年年度考核優秀，被評為校先進個人、優秀共產黨員，獲教學質量優秀獎、教學質量卓越獎。