工程测试与过程控制系统

绪论 1 第1章 工程测试技术 3 1.1 测试技术的基本概念及应用 3 1.1.1 测试技术的基本概念 3 1.1.2 工程测试技术的工程应用 6 1.2 测试系统的基本特性 8 1.2.1 测量过程与测量误差 8 1.2.2 测量装置的性能指标 9 1.2.3 误差的分类 10 1.2.4 误差的估计和处理 11 1.3 传感器及工程应用 14 1.3.1 电阻式传感器 14 1.3.2 电感式传感器 18 1.3.3 电容式传感器 20 1.3.4 磁电式传感器 22 1.3.5 压电式传感器 24 1.3.6 光电式传感器 26 1.3.7 半导体式传感器 26 1.3.8 机械工程测试技术应用 29 1.4 信号调理技术 40 1.4.1 电桥电路 40 1.4.2 信号放大 42 1.4.3 信号调制与解调 46 1.4.4 信号变换与滤波 50 1.5 过程控制测量技术 54 1.5.1 温度测量 54 1.5.2 压力测量 62 1.5.3 流量测量 69 1.5.4 液位测量 79 1.5.5 成分测量 86 思考题与习题 93 第2章 简单控制系统 97 2.1 简单控制系统结构组成及控制指标 97 2.1.1 简单控制系统结构组成 97 2.1.2 简单控制系统的控制指标 98 2.2 典型受控过程的数学模型 100 2.2.1 纯滞后过程的建模 100 2.2.2 单容过程的建模 101 2.2.3 多容过程的建模 103 2.2.4 具有反向响应的过程 106 2.2.5 不稳定过程 107 2.3 被控变量与操纵变量的选择 108 2.3.1 被控变量的选择 108 2.3.2 操纵变量的选择 109 2.4 过程可控程度分析 109 2.4.1 度量过程可控程度（简称可控性）的指标kmωc的导出 110 2.4.2 广义对象时间常数T和纯滞后τ对可控程度kmωc的影响 111 2.5 广义对象各环节对可控程度的影响 113 2.5.1 干扰通道特性Gf(s)对控制质量的影响 113 2.5.2 调节通道特性Gp(s)对控制质量的影响 116 2.6 检测变送环节 119 2.7 执行器环节 120 2.7.1 执行器概述 120 2.7.2 气动执行器 121 2.7.3 调节阀流量特性和阀门增益 124 2.7.4 电/气转换器和电/气阀门定位器 126 2.7.5 电动执行器 128 2.8 连续PID控制及其调节过程 130 2.8.1 基本概念 130 2.8.2 比例调节 131 2.8.3 比例积分调节 134 2.8.4 比例微分调节 138 2.8.5 比例积分微分调节 139 2.8.6 控制规律的选择 140 2.9 控制器参数整定和控制系统投运 140 2.9.1 控制系统的投运 141 2.9.2 控制系统的工程整定方法 141 思考题与习题 143 第3章 常用复杂控制系统 146 3.1 串级控制系统 146 3.1.1 串级控制系统基本概念 146 3.1.2 串级控制系统分析 148 3.1.3 串级控制系统设计 152 3.1.4 串级控制系统投运及参数整定 155 3.2 均匀控制系统 155 3.2.1 均匀控制系统的由来和目的 155 3.2.2 均匀控制系统的特点 156 3.2.3 均匀控制方案 156 3.2.4 均匀控制系统的理论分析 159 3.3 比值控制系统 163 3.3.1 比值控制问题的由来 163 3.3.2 比值控制方案 164 3.3.3 比值控制系统的实施 167 3.3.4 比值控制系统的投运及整定 170 3.3.5 比值调节系统实施的若干问题 170 3.4 前馈控制系统 173 3.4.1 前馈控制系统的基本原理 173 3.4.2 前馈控制系统的几种结构形式 175 3.4.3 前馈控制规律的实施 179 3.5 分程控制系统 180 3.5.1 分程控制系统的基本概念 180 3.5.2 分程控制系统的方案实施 183 3.5.3 阀位控制系统 184 3.6 选择性控制系统 185 3.6.1 概述 185 3.6.2 超驰控制设计应用 185 3.6.3 关于防积分饱和的方法 187 3.6.4 其他选择控制系统 188 3.7 按计算指标进行控制的控制系统 189 思考题与习题 192 第4章 先进控制系统 198 4.1 状态反馈控制 198 4.1.1 状态反馈和极点配置原理 198 4.1.2 状态反馈控制系统设计和应用中的问题 202 4.2 内模控制 205 4.2.1 内模控制的基本原理 205 4.2.2 内模控制在PID控制参数整定中的应用 214 4.3 简化模型预测控制 220 4.3.1 单输入单输出SMPC 220 4.3.2 多输入多输出SMPC 228 4.4 预测控制 233 4.4.1 预测控制基本原理 234 4.4.2 预测控制的基本算法 235 4.4.3 预测控制系统的性能分析 243 4.4.4 预测控制的工业应用 247 4.5 多变量解耦控制 252 4.5.1 控制回路间的关联和相对增益矩阵 252 4.5.2 关联系统的控制器的整定 266 4.5.3 多变量解耦控制系统 270 思考题与习题 275 第5章 过程控制系统的应用 280 5.1 离心泵控制系统 280 5.1.1 离心泵的工作原理及主要部件 281 5.1.2 离心泵的工作特性 283 5.1.3 离心泵的控制方案 284 5.1.4 容积式泵的控制方案 286 5.2 离心压缩机防喘振控制 286 5.2.1 离心压缩机的喘振 286 5.2.2 离心压缩机防喘振控制系统的设计 288 5.2.3 测量出口流量的可变极限流量防喘振控制 290 5.2.4 离心压缩机串/并联时的防喘振控制 291 5.3 锅炉设备的控制 293 5.3.1 工艺流程简介 293 5.3.2 锅炉汽包水位的控制 295 5.3.3 锅炉燃烧控制系统 301 5.3.4 蒸汽过热系统的控制 306 5.3.5 采用可编程控制器的锅炉控制实例 307 思考题与习题 310 参考文献 312