内容简介

本书是作者在清华大学工业仪表及自动化专业多年教学的总结，是在历年所用讲义的

基础上经多次修改而写成的，书中包括了作者及本专业同事们在过程控制领域中的部分科研

成果。

全书系统地阐述了简单和复杂控制系统的结构、原理、设计、分析和评价，深入解剖了两

个典型生产过程控制系统的实例，力图从整个生产过程的特点出发，对控制系统进行综合设

汁和优选。在此基础上还介绍了几种比较成熟的高等过程控制策略，并力求反映近年来过程

控制的新发展。

全书从数学和物理的基本概念着手，阐述过程控制问题的本质和特点以及掌握系统设计

和分析的基本方法。全书共分15章，每章均有思考题和习题。

本书可作为高等院校自动控制类和相关专业的教材，并供有关科技人员参考

目录

绪论

一、生产过程自动化的发展概况和趋势

二、过程控制的任务和要求

参考文献

第一篇 简单控制系统

第一章 生产过程的动态特性

§1－1 过程控制系统的性能指标

§1－2 被控对象的动态特性

一、基本概念

二、若干简单被控对象的动态特性

三、工业过程动态特性的特点

§1－3 过程数学模型及其建立方法

一、过程数学模型的表达形式与对

模型的要求

二、建立过程数学模型的两个基本方法

三、几个常用的经典辨识法

第二章 比例积分微分控制及其调节过程

§2－1 基本概念

§2－2 比例调节（P调节）

一、比例调节的动作规律，比例带

二、比例调节的特点，有差调节

三、比例带对于调节过程的影响

§2－3 积分调节（I调节）

一、积分调节动作规律

二、积分调节的特点，无差调节

三、积分速度对调节过程的影响

§2－4 比例积分调节（PI调节）

一、比例积分调节的动作规律

二、比例积分调节过程

三、积分饱和现象与抗积分饱和的措施

§2－5 比例积分微分调节（PID调节）

一、微分调节的特点

二、比例微分调节规律

三、比例微分调节的特点

四、比例积分微分调节规律

第三章 简单控制系统的整定

§3－1 控制系统整定的基本要求

§3－2 衰减频率特性法

一、衰减频率特性和稳定度判据

二、衰减频率特性法整定调节器参数

§3－3 工程整定法

一、动态特性参数法

二、稳定边界法

三、衰减曲线法

§3－4 调节器参数的自整定

一、极限环法

二、模式识别法

第四章 调节阀

§4－1 气动调节阀的结构

一、气动执行机构

二、阀

三、阀门定位器

§4－2 调节阀的流量系数

一、流量系数的定义及其物理意义

二、流量系数计算公式

§4－3 调节阀结构特性和流量特性

一、调节阀的结构特性

二、调节阀的流量特性

§4－4 气动调节阀选型

一、调节阀结构形式的选择

二、调节阀气开、气关形式的选择

三、调节阀流量特性的选择

四、调节阀口径的确定

第一篇小结

思考题与习题

参考文献

第二篇 复杂控制系统

第五章 串级控制系统与比值控制系统

§5－1 串级控制系统的概念

§5－2 串级控制系统的分析

§5－3 串级控制系统设计和实施中的几个问题

一、副回路的设计

二、主、副回路工作频率的选择

三、防止调节器积分饱和的措施

§5－4 调节器的选型和整定方法

一、逐步逼近法

二、两步整定法

§5－5 比值控制系统

一、比值系数的计算

二、比值系统中的非线性特性

三、比值系统的整定

四、常见比值控制系统

第六章 利用补偿原理提高系统的

控制品质

§6－1 概述

§6－2 前馈控制系统

一、基本概念

二、静态前馈控制

三、动态前馈控制

四、前馈－反馈控制系统

§6－3 大迟延系统

一、概述

二、采用补偿原理克服大迟延的影响

三、史密斯预估器的几种改进方案

§6－4 非线性增益补偿系统

一、概述

二、对象静态非线性特性的补偿

第七章 解耦控制

§7－1 相对增益

一、相对增益的定义

二、求取相对增益的方法

三、相对增益矩阵特性

§7－2 耦合系统中的变量匹配和

调节参数整定

一、变量之间的配对

二、控制回路之间的耦合影响及其整定

三、回路间动态耦合的影响

§7－3 解耦控制系统的设计

一、前馈补偿法

二、对角矩阵法

三、单位矩阵法

§7－4 实现解耦控制系统的

几个问题

一、解耦系统的稳定性

二、部分解耦

三、解耦系统的简化

第二篇小结

思考题与习题

参考文献

第三篇 过程计算机控制系统

第八章 直接数字控制系统

§8－1 直接数字控制系统的基本概念

及其组成

§8－2 信号采集、数字滤波及

数据处理

一、信号采集

二、数字滤波

三、数据处理

§8－3 DDC的PID算式

一、PID控制算式

二、PID控制算式的改进

§8－4 数字式PID调节参数的整定

一、扩充临界比例带法

二、扩充响应曲线法

§8－5 DDC应用举例

一、啤酒发酵过程对控制的要求

二、控制系统的组成

三、系统硬件

四、控制算法

五、控制效果

第九章 分布式控制系统

§9－1 概述

§9－2 分布式控制系统的分析

一、系统功能

二、系统组态

三、局部网络

四、数据通信

§9－3 分布式控制系统中的算法

一、监督控制层的算法

二、计划调度层的算法

附录

第三篇小结

思考题与习题

参考文献

第四篇 典型装置的控制系统

第十章 火力发电厂大型单元机组的

自动控制

§10－1 大型单元机组的生产过程

及其对控制的要求

一、单元机组的出力控制

二、锅炉燃烧过程的控制

三、锅炉汽包水位的控制

四、过热蒸汽的温度控制

§10－2 单元机组出力控制系统

一、锅炉跟踪方式

二、汽机跟踪方式

三、机炉协调方式

四、出力控制系统的实例

§10－3 燃烧过程的控制系统

一、汽压调节对象的动态特性

二、燃料量控制系统

三、送风控制系统

四、负压控制系统

§10－4 锅炉的给水控制系统

一、给水调节对象的动态特性

二、汽包水位的三冲量控制方案

三、三冲量控制系统的工程整定

四、汽包水位的串级控制系统

§10－5 蒸汽温度控制系统

一、汽温调节对象的动态特性

二、带有导前微分信号的汽温控制系统

三、双信号汽温调节器的整定

四、汽温串级控制系统

五、蒸汽温度控制实例

第十一章 精馏塔的自动控制

§11－1 精馏过程

一、精馏原理

二、连续精馏装置和流程

三、精馏塔的基本型式

§11－2 精馏塔的控制目标

一、质量指标

二、产品产量和能量消耗

§11－3 影响精馏过程的因素

一、全塔物料平衡

二、能量平衡

三、内部物料平衡

四、动态影响分析

§11－4 精馏塔质量指标的选取

一、灵敏板的温度控制

二、温差控制

三、双温差控制

§11－5 精馏塔的基本控制方案

一、按精馏段指标控制

二、按提馏段指标控制

三、按塔顶塔底两端质量指标控制

§11－6 精馏塔的内回流控制和

进料热焓控制

一、内回流控制

二、进料热焓控制

§11－7 精馏塔的节能控制

一、产品质量指标的“卡边”控制

二、采用前馈控制方案

三、浮动塔压控制方案

结束语

思考题与习题

参考文献

第五篇 高等过程控制系统

第十二章 推理控制

§12－1 推理控制系统的组成

一、问题的提出

二、推理控制系统的组成

三、推理控制器的设计

§12－2 模型误差对系统性能的影响

一、扰动通道模型存在误差

二、控制通道模型存在误差

三、推理－反馈控制系统

§12－3 输出可测条件下的推理控制

一、系统组成

二、模型误差对系统性能的影响

三、自适应推理控制

四、预测推理控制

§12－4 多变量推理控制

一、控制器的V规范型结构

二、V规范型控制器的设计

三、滤波阵的选择

§12－5 应用举例

一、应用实例

二、二次输出量的选择

三、控制作用的限幅

思考题与习题

参考文献

第十三章 预测控制

§13－1 概述

§13－2 预测控制的基本原理

一、内部模型

二、参考轨迹

三、控制算法

§13－3 预测控制方法的机理分析

一、内模控制结构法

二、状态空间表示法

§13－4 预测控制中的几个问题

一、系统的稳定性和鲁棒性

二、非最小相位系统中的预测控制

三、大迟延系统中的预测控制

§13－5 应用举例

思考题与习题

参考文献

第十四章 自适应控制

§14－1 概述

一、具有被控对象数学模型在线辨识

的自适应控制系统

二、参考模型自适应控制系统

§14－2 自校正控制

一、闭环可辨识的条件

二、自校正调节器

三、极点配置的自校正调节器

四、广义最小方差控制策略——自校正

控制器

§14－3 参考模型自适应控制系统

一、被控对象全部状态能直接获取的

自适应控制系统

二、根据对象输入输出设计参考模型

自适应控制系统

思考题与习题

参考文献

第十五章 多变量现代频域方法

§15－1 多变量系统的描述方法［1］

§15－2 稳定性定理

§15－3 逆奈氏阵列法

一、对角优势

二、稳定性判据

三、运用INA方法的一些问题

§15－4 关于INA方法中闭环

特性的讨论

§15－5 INA设计方法示例

§15－6 特征轨迹法

一、广义奈氏稳定性判据

二、互联作用

三、近似可交换控制器

四、设计方法和举例

§15－7 其它设计方法

一、并矢展开法

二、顺序回差法

§15－8 小结

思考题与习题

参考文献

      70年代工业自动化的发展表现出两个明显的特点，它们正是进入第三个阶段的标

志。就第一个特点来说，70年代初已开始出现了适合工业自动化的控制计算机商品化系

列。由于大规模集成电路制造的成功和微处理器的问世，使计算机的功能丰富多彩，可靠

性大为提高，而价格却大幅度下降。尤其是工业用控制机，在采用了冗余技术，软硬件的自

诊断功能等措施后，其可靠性已提高到基本上能够满足工业控制要求的程度。值得指出的

是，从70年代中期开始，针对工业生产规模大、过程参数和控制回路多的特点，为了满足

工业用计算机应具有高度可靠性和灵活性的要求，出现了一种分布式控制系统（Dis－

tributedC0ntrolSystems，DCS），又称集散系统，如图3所示。它是集计算机技术、控制技。

术、通讯技术和图形显示等技术于一体的计算机系统，一经问世，就受到工业界的青睐。目

前世界上已有60余家公司先后推出各自开发的系统［1］。我国有的单位也在研制自己的集

散系统。这种系统在结构上的分散，即将计算机分布到车间或装置一级，不仅使系统危险

分散，消除了全局性的故障节点，增加了系统的可靠性，而且可以灵活方便地实现各种新

型控制规律和算法，便于系统的分批调试和投运。显然，这种分布式系统的出现，为实现高

水平的自动化提供了强有力的技术工具，给生产过程自动化的发展带来深远的影响。可以

说，从70年代开始，工业生产自动化已进入计算机时代。