过程控制

内容简介

本括章绪论，章过程参数测量与变送器，第三章过程控制仪表，第四章被控对象的数学模型，第五章简单控制系统设计与参数整定，第六章系统，第七章先进过程控制技术，第八章计算机在过程控制系统中的应用8章内容。

目录

章　绪论　1.1　过程控制技术发展概况　1.2　过程控制系统的特点　1.3　过程控制系统的组成　1.4　过程控制系统分类　1.5　过程控制系统能指标　思考题与习题第2章　过程参数测量与变送器　2.1　检测过程与变送器　2.2　湿度变送器　2.3　压力变送器　2.4　流量变送器　2.5　物位变送器　2.6　成分自动分析仪表　思考题与习题第3章　过程控制仪表　3.1　调节器的调节规律　3.2　DDZ－型调节器　3.3　数字调节器　3.4　执行器　3.5　可编程序控制器　思考题与习题第4章　被控对象的数学模型　4.1　被控对象的数学模型　4.2　被控对象数学模型的建立　4.3　机理法建立被控对象的数学模型　4.4　实验法建立被控对象的数学模型　思考题与习题第5章　简单控制系统设计与参数整定　5.1　简单控制系统的构成　5.2　简单控制系统设计　5.3　简单控制系统操作与投运　5.4　简单控制系统设计实例　思考题与习题第6章　系统　6.1　串级控制系统　6.2　前馈控制　6.3　均匀控制系统　6.4　比值控制　6.5　分程控制　6.6　选择控制系统　6.7　大纯滞后控制系统　6.8　解耦控制系统　思考与练习题第7章　先进过程控制技术　7.1　自适应控制　7.2　模糊控制　7.3　预测控制　7.4　　7.5　神经网络控制第8章　计算机在过程控制系统中的应用　8.1　概述　8.2　计算机控制系统硬件体系结构　8.3　过程控制的软件应用技术参考文献

摘要与插图

自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制技术水平的高低是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着我国国民经济和国防建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要也越来越显著。人们把自动控制分成两个主要领域，即位置控制（亦称伺服控制）和过程控制。其中，位置控制是指电机、数控机床、卫星姿态、导弹、火炮等控制；而过程控制是特指过程工业（如石化、电力、冶金、造纸、化工、医药、食品等工业）生产过程中的被控变量是温度、压力、流量、液位、成分等过程变量的控制。过程控制是自动控制技术的重要组成部分。

1.1过程控制技术发展概况

过程控制技术是利用测量仪表、控制仪表、计算机、通信网络等技术工具，自动获取各种过程变量的信息，并对影响过程状况的变量进行自动调节和操作，以达到控制要求等目的的技术。由于被控过程的多样，而且控制参数多属于多变量、非线、分布参数和时变参数，因此过程控制中应用的控制方案的种类和内容十分丰富。过程控制系统的发展，随着工业生产要求的提高和技术的进步经历了一个相当长的过程。生产过程要求的不断提高、控制理论及策略算法的深入研究、控制技术工具及手段的进展三者相互影响、相互促进，推动过程控制技术不断的向前发展。过程控制技术的发展历史主要是围绕自动化仪表括微型计算机）技术和控制理论两方面展开的，大致经历了以下几个阶段。

1.1.1仪表化与局部自动化阶段

20世纪40年代以前，生产过程基本上处于手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程监测，操作人员主要根据观测到的反映生产过程的关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。

20世纪40年代末，生产过程进入仪表化与局部自动化阶段，这一阶段的主要特点是采用的控制仪表为基地式仪表和部分单元组合式仪表（气动I型和电动I型），而且多数是气动式仪表，其结构方案大多是单输入-单输出的单回路定值系统。

到20世纪60年代，自动化仪表发展到以单元组合仪表（气动Ⅱ型和电动Ⅱ型）为主要控制仪表，控制理论基础是以频域法和根轨迹法为主的经典控制理论。控制的主要目的是保持工业生产的连续和稳定，减少扰动，实现了对生产过程的集中控制。以单回路PID（比例、积分、微分）控制策略为主，针对不同的对象与要求制造专门的控制器，如物料按比值配置的比值控制器、克服大滞后的史密斯预估器、克服特定干扰的前馈控制器等。同时，简单的串级、比值、均匀和选择等多种系统开始得到应用。控制理论方面，出现了以状态空间法为基础，以极小值原理和动态规划等优控制理论为基本特征的现代控制理论，传统的单输入/单输出系统发展到多输入/多输出系统。

1.1.2计算机集中式数字控制阶段

20世纪70、80年代，微电子技术的飞速发展，大规模集成电路制造且集成度越来越高（80年代初一片硅片可集成十几万个晶体管，32位微处理器问世），单片机及其他微型计算机的出现和应用，都促使过程控制系统与微型计算机技术深度融合推动了过程控制技术的发展。这期间，多样化自动化仪表的基本格局已经形成，虽然模拟式仪表仍然广泛存在，但已非主流；以微处理器为主要构成单元的智能仪表、可编程逻辑控制器、集散式控制系统、工业PC机等仪表架构，构成了控制装置的主流。同时受冯·诺依曼计算机的体系结构的影响，自动化仪表出现了组装仪表（受集散式控制系统影响存在时间很短）。时今日，这些控制装置结构基本没有变化，只是硬件水平和能逐步提高。控制理论方面，出现了优控制、非线分布式参数控制、解耦控制等现代控制理论。

在控制结构上，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。由于生产过程的强化、控制对象的复杂和多样，如高维、大时滞、严重非线、耦合及严重不确定等，简单的控制系统已无力解决这些控制问题，用计算机控制系统替代模拟控制仪表，即模拟技术由数字技术来替代，已成为解决问题的主要手段。计算机集中式数字控制系统主要经历了直接数字控制系统和计算机集中监督控制系统两个阶段。