《過程控制系統(tǒng)》全面介紹了過程控制系統(tǒng)的組成、特點及發(fā)展?fàn)顩r；對工業(yè)生產(chǎn)過程被控對象的數(shù)學(xué)模型討論了建模方法；介紹了PID控制器的設(shè)計、選型與參數(shù)整定方法；論述了調(diào)節(jié)閥的流量特性、設(shè)計及選型；討論了常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)，如串級控制、補償控制、比值控制、均勻控制、分程控制、選擇性控制和解耦控制等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和分析、設(shè)計方法等；介紹了幾種典型的先進(jìn)控制方法；論述了計算機(jī)過程控制系統(tǒng)的組成與類型；最后介紹了過程控制的幾個應(yīng)用實例。
《過程控制系統(tǒng)》可作為高等院校自動化和信息類其他專業(yè)研究生和高年級本科生的專業(yè)課教材，也可作為從事自動控制研究、設(shè)計和應(yīng)用的工程技術(shù)人員的參考用書。
在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著主導(dǎo)地位的是工業(yè)，各企業(yè)效益的提高受許多方面的影響，不僅取決于工藝方面的專業(yè)知識和實踐水平，還與企業(yè)的自動化水平息息相關(guān)。自動化專業(yè)學(xué)生必須掌握與生產(chǎn)過程相關(guān)的控制技術(shù)與方法，才能具備設(shè)計控制系統(tǒng)、解決過程控制難題的能力。為此，特編寫《過程控制系統(tǒng)》專業(yè)教材，系統(tǒng)地介紹了工業(yè)生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域的控制方法及實用技術(shù)，為學(xué)生走向工作崗位奠定良好的基礎(chǔ)。本書共七章，分別論述了如下幾個問題：
（1）過程控制系統(tǒng)的組成、特點及發(fā)展?fàn)顩r。
（2）建立被控對象數(shù)學(xué)模型的方法，主要介紹了機(jī)理建模及實驗測試建模方法。
（3）簡單控制系統(tǒng)的特點與設(shè)計步驟，主要包括變量配對、選擇控制系統(tǒng)、執(zhí)行器及安全柵的基本知識以及PID控制器的設(shè)計與參數(shù)整定方法等內(nèi)容。
（4）復(fù)雜控制系統(tǒng)中，介紹了串級控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、選擇性控制系統(tǒng)、補償控制系統(tǒng)以及解耦控制系統(tǒng)的基本知識與設(shè)計方法。
（5）先進(jìn)控制方法中，簡單介紹了內(nèi)模控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測控制、推理控制、魯棒控制、智能控制的基本原理和方法。
（6）計算機(jī)過程控制系統(tǒng)中，介紹了計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于過程控制系統(tǒng)的基本知識，重點論述了數(shù)字PID控制器的設(shè)計。將PLC、DcS、FcS作了簡單對比，并對綜合自動化技術(shù)進(jìn)行了介紹。
（7）本書的最后部分給出了幾個工業(yè)生產(chǎn)過程的控制實例供讀者參考。
每章均配備了一定數(shù)量的思考題和習(xí)題供讀者練習(xí)。本書作為教材可適用的學(xué)時數(shù)為40～50學(xué)時（2.5～3.5學(xué)分），一些章節(jié)編排具有相對的獨立性，便于教師與學(xué)生取舍，以適應(yīng)不同教學(xué)學(xué)時的需要。
本書的第1章，第2章的2.4.1、2.4.2節(jié)，第4章及第7章的7.1～7.3節(jié)由嚴(yán)愛軍編寫；第2章的2.1～2.3節(jié)由任明榮編寫；第3章由張亞庭編寫；第5章及第7章的7.4節(jié)由高學(xué)金編寫，第2章的2.4.3、2.4.4及第6章由張會清編寫。同時感謝齊詠生博士為第5章的編寫付出了大量的工作，感謝北京工業(yè)大學(xué)出版社為本書的出版所付出的辛勤工作！
由于編者水平有限，錯誤和不妥之處在所難免，敬請讀者指正。
第1章 緒論
1.1 典型過程
1.2 過程控制的基本概念
1.3 過程控制系統(tǒng)的組成、特點及分類
1.3.1 過程控制系統(tǒng)的組成及特點
1.3.2 過程控制系統(tǒng)的分類
1.4 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展
思考題與習(xí)題
第2章 過程建模
2.1 概述
2.2 過程動態(tài)特性
2.3 機(jī)理法建模
2.3.1 基本原理
2.3.2 單容過程的建模
2.3.3 多容過程的建模
2.4 測試法建模
2.4.1 概述
2.4.2 時域法
2.4.3 頻域法
2.4.4 最小二乘法
思考題與習(xí)題
第3章 簡單控制系統(tǒng)
3.1 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)
3.2 簡單控制系統(tǒng)的特點
3.3 過程控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟
3.4 變量選擇
3.4.1 被控變量的選擇
3.4.2 操作變量的選擇
3.5 控制系統(tǒng)的選擇
3.5.1 控制系統(tǒng)簡介
3.5.2 控制系統(tǒng)的選擇
3.6 檢測變送裝置的選擇
3.7 執(zhí)行器及安全柵
3.7.1 電磁閥
3.7.2 步進(jìn)電機(jī)
3.7.3 變頻器
3.7.4 調(diào)節(jié)閥
3.7.5 安全柵
3.8 PID控制器設(shè)計
3.8.1 PID控制器概述
3.8.2 PID控制器的特點
3.8.3 PID控制器對控制品質(zhì)的影響
3.8.4 PID控制器的選擇原則
3.8.5 作用方式的選擇
3.9 PID控制器的整定方法
思考題與習(xí)題
第4章 復(fù)雜控制系統(tǒng)
4.1 串級控制系統(tǒng)
4.1.1 串級控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理
4.1.2 串級控制系統(tǒng)的特點
4.1.3 串級控制系統(tǒng)的設(shè)計方法
4.1.4 串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法
4.2 比值控制系統(tǒng)
4.2.1 比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型
4.2.2 比值系數(shù)的換算
4.2.3 比值控制系統(tǒng)的設(shè)計方法
4.2.4 比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法
4.3 均勻控制系統(tǒng)
4.3.1 概述
4.3.2 均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理
4.3.3 均勻控制系統(tǒng)的參數(shù)整定
4.4 分程控制系統(tǒng)
4.4.1 分程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與分類
4.4.2 分程控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用
4.5 選擇性控制系統(tǒng)
4.5.1 選擇性控制系統(tǒng)的類型
4.5.2 選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計方法
4.6 補償控制系統(tǒng)
4.6.1 補償控制的基本概念
4.6.2 前饋控制系統(tǒng)
4.6.3 大滯后過程控制系統(tǒng)
4.7 解耦控制系統(tǒng)
4.7.1 解耦控制系統(tǒng)的基本概念
4.7.2 解耦控制方法
思考題與習(xí)題
第5章 先進(jìn)控制方法
5.1 概述
5.2 內(nèi)�？刂�
5.2.1 內(nèi)�？刂苹驹�
5.2.2 內(nèi)模控制的建模方法
5.2.3 內(nèi)�？刂破鞯脑O(shè)計
5.2.4 內(nèi)模控制器的工業(yè)應(yīng)用
5.2.5 內(nèi)�？刂破鞔嬖诘膯栴}及研究展望
5.3 自適應(yīng)控制
5.3.1 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)
5.3.2 自校正控制系統(tǒng)
5.3.3 兩種方法的比較與總結(jié)
5.4 預(yù)測控制
5.4.1 概述
5.4.2 動態(tài)矩陣控制
5.4.3 模型算法控制
5.4.4 廣義預(yù)測控制
5.5 推理控制
5.5.1 推理控制的基本原理
5.5.2 推理控制系統(tǒng)的設(shè)計
5.5.3 存在問題及展望
5.6 魯棒控制
5.6.1 魯棒控制的基本原理
5.6.2 魯棒控制器設(shè)計
5.7 智能控制
5.7.1 概述
5.7.2 模糊控制
5.7.3 專家控制
5.7.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
思考題與習(xí)題
第6章 計算機(jī)過程控制系統(tǒng)
6.1 概述
6.1.1 計算機(jī)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展
6.1.2 計算機(jī)過程控制系統(tǒng)的組成
6.1.3 計算機(jī)過程控制系統(tǒng)的基本類型
6.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)
6.2.1 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的特點
6.2.2 數(shù)字PID控制
6.2.3 積分分離PID控制算法
6.2.4 不完全微分PID算法
6.3 計算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)
6.4 PLC控制系統(tǒng)
6.4.1 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展
6.4.2 PLC的組成
6.4.3 PLC的基本工作原理
6.4.4 PLC編程與設(shè)計
6.5 分布式控制系統(tǒng)
6.5.1 DCS的發(fā)展
6.5.2 DCS的結(jié)構(gòu)特點
6.6 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
6.6.1 概述
6.6.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特點
6.6.3 現(xiàn)場總線的種類
6.7 綜合自動化技術(shù)
思考題與習(xí)題
第7章 工業(yè)過程控制實例
7.1 氧化鋁生料漿配料過程控制
7.1.1 配料過程描述
7.1.2 過程控制方案
7.2 氧化鋁熟料窯過程控制
7.2.1 熟料窯工藝
7.2.2 影響控制目標(biāo)的因素分析
7.2.3 各參數(shù)的控制方案
7.3 豎爐焙燒過程控制
7.3.1 豎爐焙燒過程描述
7.3.2 過程控制的結(jié)構(gòu)與功能
7.4 發(fā)酵工業(yè)過程控制
7.4.1 過程描述
7.4.2 控制方案
思考題與習(xí)題
參考文獻(xiàn)
（4）20世紀(jì)70年代，DDZ-III型儀表、可編程邏輯控制器和分布式控制系統(tǒng)進(jìn)入實用階段。這一時期的控制方式采用集中型，DDZ-III型儀表傳輸?shù)男盘栆话銥?～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號。隨著小型計算機(jī)、微型計算機(jī)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，直接數(shù)字控制系統(tǒng)向分散型系統(tǒng)發(fā)展，原來屬于在線生產(chǎn)管理的功能大都分散到過程計算機(jī)中完成。分散型控制或分布式控制系統(tǒng)的思想是將控制系統(tǒng)分成若干個獨立的局部控制子系統(tǒng)，用以完成受控生產(chǎn)過程的自動控制任務(wù)。
（5）20世紀(jì)80年代，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化儀表和分布式控制系統(tǒng)以及可編程邏輯控制器成為主流應(yīng)用產(chǎn)品。由于微型計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，為實現(xiàn)被控對象的分散控制提供了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。近年來分散控制得以異乎尋常的發(fā)展，并且已成為計算機(jī)控制發(fā)展的主要趨勢。其主要特點是控制分散、故障點分散。
（6）20世紀(jì)90年代以后，分布式控制系統(tǒng)以及可編程邏輯控制器進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)開始進(jìn)入應(yīng)用階段，并出現(xiàn)了計算機(jī)集成過程系統(tǒng)。計算機(jī)在工業(yè)過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)入一個全新時期，主要特點是在功能上從過程最佳化控制進(jìn)一步向生產(chǎn)工序的操作管理方向延伸，控制模型進(jìn)一步向深化、細(xì)化發(fā)展，以各種智能技術(shù)為基礎(chǔ)的應(yīng)用軟件被開發(fā)出來用于生產(chǎn)過程的操作指導(dǎo)，同時計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也更為廣泛，能最大限度地實現(xiàn)資源共享，在這種背景下誕生的計算機(jī)集成過程系統(tǒng)更具有現(xiàn)實意義，應(yīng)用該系統(tǒng)可實現(xiàn)工廠的管理、控制、資源共享一體化。
從上述的發(fā)展過程來看，以計算機(jī)為基礎(chǔ)的過程控制系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用與充分發(fā)展。計算機(jī)過程控制系統(tǒng)的主要特點是：①控制對象的多樣化，可以是一個閥門、也可以是一個車間、甚至于整個工廠等；②控制方式的多樣化，可以是單回路參數(shù)的控制，也可以是某個工業(yè)生產(chǎn)過程的復(fù)雜任務(wù)控制，乃至常規(guī)控制方法所不能解決而采用智能方法的控制；③應(yīng)用領(lǐng)域的多樣化，不論是生產(chǎn)企業(yè)、還是管理單位均可選擇性地使用計算機(jī)過程控制系統(tǒng)來達(dá)到合乎實際的期望目標(biāo)。
總之，過程控制裝置與設(shè)備經(jīng)歷了從手動到自動、簡單到復(fù)雜、模擬到數(shù)字、集中到分散、封閉到開放、孤立到綜合、人工到智能的發(fā)展過程。
2.過程控制算法與控制策略的發(fā)展
（1）20世紀(jì)40～60年代，常規(guī)PID控制方法得到發(fā)展。這一時期占主導(dǎo)地位的是經(jīng)典控制理論，它主要是解決單輸入單輸出問題。研究問題的方法是基于頻率域的傳遞函數(shù)法，主要有零極點分析方法、奈奎斯特（Nyquist）穩(wěn)定性判據(jù)以及勞斯（Roth）和赫爾維茨（Hur-witz）穩(wěn)定性判據(jù)、頻率響應(yīng)法、根軌跡法、超前一滯后補償方法等。設(shè)計控制系統(tǒng)時根據(jù)被控對象的頻率特性給出控制器參數(shù)的初始值，再由現(xiàn)場調(diào)試來確定其滿足設(shè)計指標(biāo)的參數(shù)，例如廣泛用于工業(yè)控制領(lǐng)域的PID控制。以PID控制方法為代表的經(jīng)典控制理論的局限性在于只適用于線性定常單輸入單輸出系統(tǒng)，設(shè)計指標(biāo)如超調(diào)量、相位裕度等比較抽象，設(shè)計分析時難以考慮系統(tǒng)的初始條件以及需要經(jīng)驗試湊和手工計算等的煩瑣工作。
……
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