| 词条 | 过程控制系统 |
| 释义 | 以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。通过对过程参量的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。 过程控制系统process control systems 过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20世纪50年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。60年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80年代，过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具有更多的功能。 过程控制系统的发展随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。 在现代工业控制中, 过程控制技术是一历史较为久远的分支。在本世纪30 年代就已有应用。过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。几十年来，工业过程控制取得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。 目前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统(CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。 本期中国重型机械研究院自动化研究所米进周和高朝波撰写的《连铸过程控制系统的研究和应用》详细阐述了作为钢铁企业实现企业信息化管理重要组成部分的连铸过程控制系统，集成了先进的工艺数学模型和控制技术，使铸坯质量得到极大提高、生产管理更加方便，增强了企业竞争力，发展前景十分广阔。 除此之外，还有关于回转窑PLC控制系统、煤矿矿车刷洗系统、烟机电控系统等过程控制系统的介绍给读者。 建模方法建模概念(过程控制系统) 第一点要确定明确的输入量与输出量；第二点要有先验知识；第三点要有实验数据。 建模的两种基本方法（过程控制系统） 1、机理法建模 用机理建模法就是根据生产中实际发生的变化机理，写出各种有关的平衡方程，如物质平衡方程，能量平衡方程，动量平衡方程以及反映流体流动、传热、传质、化学反映等基本规律的方程，物性参数方程和某些设备的特性非常等，从中获得所需要的数学模型。 2、测试法建模 测试法一般只用于建立输入——输出模型。它是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。 图书简介《过程控制系统》 丛书名： 普通高等学校自动化类专业新编系列教材 作 者： 方康玲 主编 出 版 社： 武汉理工大学出版社 字 数： 612000 版 次： 2 页 数： 373 印刷时间： 2007/02/01 纸 张： 胶版纸 I S B N ： 9787562925187 包 装： 平装 所属分类： 图书 >> 计算机/网络 >> 人工智能 定价：￥32.00 图书内容简介本书共12章，包括概述、过程控制系统建模方法、过程控制系统设计、PID调节原理、串级控制、特殊控制方法、补偿控制、关联分析与解耦控制、模糊控制、先进过程控制方法及计算机过程控制系统、集散控制系统等。 本书可以作为普通高等学校自动化类专业本科及研究生“过程控制系统”课程的教材和教学参考书，也可作为有关工程技术人员的自学教材和参考资料。 图书前言随着世界经济一体化的进程，我国已成为世界最大的加工基地和制造基地，尤其是长江三角洲地区更为突出，已有近百家名列世界五百强的企业落户该地区，带动了该地区经济突飞猛进的发展，同时也为就业创造了广阔的前景。企事业单位对应用型本科人才的需求多了，但要求也提高了。这就对工程教育的发展提出了新的挑战，同时也提供了新的发展机遇。 在此形势下，国家教育部近年来批准组建了一批以培养应用型本科人才为宗旨的高等院校，同时举办了多次“应用型本科人才培养模式研讨会”，对应用型本科教育的办学思想和发展定位进行初步探讨。并于2002年在全国高等院校教学研究中心立项，成立了21世纪中国高等学校应用型人才培养体系的创新与实践课题组，有十几所应用型本科院校参加了课题组的研究，取得了多项研究成果，并于2004年结题验收。我们就是在这种形势下，组织了多所应用型本科院校编写本系列教材，以适应国家对工程教育的新要求，满足培养素质高、能力强的应用型本科人才的需要。 工程强调知识的应用和综合，强调方案优缺点的比较并做出论证和合理应用。这就要求我们对应用型本科人才的培养需实施与之相配套的培养方案和培养模式，采用具有自身特点的教材。同时，避免重理论、轻实践、工程教育“学术化”的倾向；避免在工程实践能力的培养中，轻视学生个性及创新精神的培养；避免工程教育在实践中与社会经济、产业的发展脱节。为使我国应用型人才培养适应社会发展的新形势，我们必须开拓进取、努力改革。 组织编写本系列教材，有利于应用型人才培养所需要的、富有特色的本科教材的建设。本系列教材的编写原则如下。 1．确保基础 在内容安排上，本系列教材确保学生掌握基本的理论基础，满足本科教学的基本要求。 2．富有特色 围绕培养目标，以工程应用为背景，通过理论与实践相结合，构建应用型本科教育系列教材特色。在融会贯通本科教学内容的基础上，挑选最基本的内容、方法和典型应用，将有关技术进步的新成果、新应用纳入教学内容，妥善处理传统内容的继承与现代内容的引进；在保持本科教学基本体系的前提下，处理好与交叉学科的关系，并按新的教学系统重新组织；在注重理论与实践相结合的基础上，注入工程概念，包括质量、环境等诸多因素对工程的影响，突出特色、强化应用。 3．精选编者，保证质量 参编院校根据编委会要求推荐了一批具有丰富工程实践经验和教学经验的教师参加编写工作。本系列教材的许多内容都是在优秀教案、讲义的基础上编写的，并由主编全文统稿， 以确保教材质量。 本系列教材的编写得到了电子工业出版社的大力支持。他们为编好这套教材做了大量认真细致的工作，为教材的出版提供了许多有利条件，在此深表感谢！ 编 委 会 前 言 工业生产过程控制是现代工业自动化的一个重要领域。它是控制理论、生产工艺、计算机技术和仪器仪表等知识相结合的一门综合性应用学科，理论性、综合性和实践性都很强。 为适应当前工科院校的教学和科研工作的需要。本书将当前在工业生产过程中广泛应用或应用较为成熟的常规控制系统和控制方案，作为重点进行了全面系统的阐述；而对于计算机过程控制系统和先进控制方法，在本书中仅对其进行了简单介绍。因为，随着生产过程控制技术的迅速发展，它们已各自自成体系，大多数的高等院校也已就计算机控制系统和先进控制理论等内容开设了相应的课程。 本书系统地论述了（1）过程控制系统的要求、组成、性能指标和发展。（2）被控工业过程的数学模型及其获取方法，包括对象数学模型动态特性的基本描述形式及获取方法。（3）执行器的种类、选型和计算。（4）PID控制器控制规律的原理、分析与选型，包括模拟PID控制器和数字PID控制器的选型和参数整定。（5）简单控制系统的基本概念、分析和设计，包括被控变量与控制变量的选择，控制器和测量变送器的选型，控制器参数整定的常用方法与控制系统投入运行。（6）串级控制系统的结构组成、工作原理和方案设计，包括主、副被控变量和操作变量的选择、主回路和副回路的设计及主回路和副控制器的选择，常用的串级控制系统的参数整定方法。（7）补偿控制系统的原理和前馈控制的几种结构形式，包括静态、动态前馈控制、复合前馈控制，各种前馈控制系统的设计，前馈补偿器的设计与实现，常用的工程整定方法；以及大迟延生产过程的概念，常规仪表控制方案的实现，补偿控制方案的设计与实现。（8）比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择性控制系统的基本概念，系统设计与实现和参数整定。（9）解耦控制系统，包括多变量系统的分析（相对增益的概念与计算、耦合系统中的变量匹配）、控制器参数整定和常用的解耦控制系统设计方法等。（10）计算机过程控制系统的组成与类型和常用先进控制策略的简单介绍。该书取材先进实用，讲解深入浅出，各章均有用MATLAB编写的仿真及应用实例。 何小刚教授审阅了全书，在此深表谢意。同时感谢策划编辑张榕女士为本书的出版所付出的辛勤工作。 本教材适用学时数为40～56（2.5～3.5学分），章节编排具有相对的独立性，使教师与学生便于取舍，便于不同层次院校的不同专业选用，以适应不同教学学时的需要。 由于编者水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请读者指正。 目录1 概述 1.1 过程控制的任务与目标 1.2 过程控制系统的组成与特点 1.2.1 过程控制系统组成 1.2.2 过程控制系统特点 1.3 过程控制系统的性能指标 1.4 过程控制的进展 1.4.1 过程控制装置的进展 1.4.2 过程控制策略与算法的进展 习题 2 过程控制系统建模方法 2.1 过程控制系统建模概念 2.1.1 建模概念 2.1.2 过程控制系统建模的两个基本方法 2.2 机理建模方法 2.2.1 单容对象的传递函数 2.2.2 具有纯延迟的单容对象特性 2.2.3 无自平衡能力的单容对象特性 2.2.4 多容对象的动态特性 2.3 测试建模方法 2.3.1 对象特性的实验测定方法 2.3.2 定动态特性的时城法 2.3.3 测定动态特性的频域法 2.3.4 测定动态特性的统计相关法 2.3.5 最小二乘法 习题 3 过程控制系统设计 3.1 过程控制系统设计步骤 3.2 确定控制变量与控制方案 3.2.1 确定控制目标 3.2.2 确定控制方案 3.3 过程控制系统硬件选择 3.3.1 控制装置 3.3.2 测量仪表和传感器的选型原则 3.4 节流元件计算 3.4.1 流量计算有关的基本概念 3.4.2 流量计类型 3.4.3 节流元件 3.5 调节阀选择 3.5.1 调节阀计算基础 3.5.2 调节阀的流量特性 3.5.3 调节阀口径计算 3.6 计算举例 3.6.1 角接取压标准孔板计算 3.6.2 蝶阀计算 习题 4 PID调节原理 4.1 PID控制概述 4.2 比例调节（P调节） 4.2.1 比例调节的动作规律和比例带 4.2.2 比例调节的特点——有差调节 4.2.3 比例带对于调节过程的影响 4.3 积分调节（I调节） 4.3.1 积分调节规律和积分速度 4.3.2 积分调节的特点——无差调节 4.3.3 积分速度对于调节过程的影响 4.4 微分调节（D调节） 4.5 比例积分微分调节（PID调节） 4.5.1 比例积分（PI）调节 4.5.2 比例微分（PD）调节 4.5.3 比例积分微分调节规律及其基本特和 4.6 数字PID控制 4.6.1 数字PID控制算法 4.6.2 改进的数字PID算法 4.7 PID调节器的参数工程整定 4.7.1 PID参数整定的基本原则 4.7.2 PID参数的工程整定方法 4.7.3 PID参数的自整定方法 4.7.4 数字PID参数的整定 4.8 智能PID控制方法 4.8.1 模糊PID控制 4.8.2 神经网络PID控制 4.8.3 专家智能自整定PID控制 习题 5 串级控制 6 特殊控制方法 7 补偿控制 8 关联分析与解耦控制 9 模糊控制 10 先进过程控制方法 11 计算机过程控制系统 12 集散控制系统 附录 DCS课程设计任务书 参考文献 过程控制系统2内容简介本书以过程控制系统为研究对象，全面地介绍了相关过程的动态特性、建模方法、控制器原理、计算机过程控制系统、集散控制系统等内容。既介绍简单控制系统，又阐述复杂控制系统与先进控制技术以及聚类融合控制，并分析控制系统方案，对控制器参数进行整定，对典型流程工业生产过程进行案例分析，并介绍应用现状和发展前景。全书内容丰富，系统性和先进性都比较突出，强调理论联系实际，有很多工业过程控制的案例，便于学生学习与理解。 读者对象：本书可作为高等学校自动化专业的过程控制系统教材，也可供流程工业工程技术人员和管理人员自学，或作为高校相关专业师生的教学参考书。 目录第1章 绪论 1 1.1 过程控制发展概况 1 1.2 过程控制的特点 3 1.3 过程控制系统的组成及其分类 4 1.3.1 过程控制系统的组成 4 1.3.2 过程控制系统的分类 8 1.4 “过程控制”课程的性质和任务 9 思考题与习题 10 第2章 被控过程特性及其数学模型 11 2.1 被控过程的数学模型 11 2.2 工业过程数学模型建立 12 2.2.1 机理建模方法 12 2.2.2 系统辨识法（实验模型） 14 2.2.3 混合建模法 15 2.3 单容对象的动态特性 16 2.3.1 自平衡过程的动态特性 16 2.3.2 无自平衡过程的动态特性 18 2.4 多容对象的动态特性 19 2.4.1 具有自平衡能力的双容过程 19 2.4.2 不具有自平衡能力的双容过程 21 2.5 用响应曲线法辨识过程的数学模型 22 2.5.1 无滞后一阶惯性环节的参数确定 22 2.5.2 一阶纯滞后惯性环节的参数确定 23 2.5.3 二阶环节的参数确定 24 2.5.4 n阶环节的参数确定 24 2.6 最小二乘法辨识过程的模型 25 思考题与习题 26 第3章 过程控制系统——单回路控制系统的工程设计 27 3.1 过程控制系统工程设计概述 27 3.1.1 对过程控制系统设计的一般要求 28 3.1.2 过程控制系统设计步骤 28 3.1.3 过程控制系统设计的主要内容 29 3.1.4 过程控制系统设计中的若干问题 29 3.2 控制方案设计 30 3.2.1 过程控制系统的性能指标 30 3.2.2 被控变量确定 31 3.2.3 控制变量确定 32 3.3 过程控制系统设备选择 39 3.3.1 测量仪表与传感器选型原则 39 3.3.2 执行器（调节阀）选择 42 3.3.3 控制器（调节器）选择 44 3.4 简单过程控制系统的投运和控制器参数整定 45 3.4.1 简单控制系统投运 45 3.4.2 控制器参数整定 46 3.5 单回路控制系统工程设计实例 51 3.5.1 喷雾式干燥设备控制系统设计 51 3.5.2 贮槽液位控制系统设计 53 思考题与习题 54 第4章 复杂过程控制系统 57 4.1 串级控制 57 4.1.1 串级控制系统的结构与工作过程 57 4.1.2 串级控制系统的特点与分析 59 4.1.3 串级控制系统的设计 64 4.1.4 串级控制系统控制器参数整定 65 4.1.5 串级控制系统的工业应用 67 4.2 前馈控制 69 4.2.1 前馈控制系统的基本概念 69 4.2.2 前馈控制系统的结构 72 4.2.3 前馈控制的选用与稳定性 76 4.2.4 前馈控制系统的工程整定 76 4.2.5 前馈控制系统的工业应用 79 4.3 大滞后补偿控制 82 4.3.1 大滞后过程与常规控制方案 82 4.3.2 大滞后过程的预估补偿控制 85 4.3.3 大滞后过程的采样控制 87 4.3.4 大滞后控制系统工业应用举例 88 4.4 比值控制 92 4.4.1 常用的比值控制方案 93 4.4.2 比值控制系统的设计与整定 95 4.4.3 比值控制系统的工业应用 96 4.5 分程与选择性控制 97 4.5.1 分程控制系统原理与设计 97 4.5.2 分程控制系统的工业应用 99 4.5.3 选择性控制系统原理与设计 101 4.5.4 选择性控制系统的工业应用 103 4.5.5 选择性控制系统中的积分饱和与防止 103 4.6 多变量解耦控制 105 4.6.1 概述 105 4.6.2 相对增益及其性质 106 4.6.3 复杂过程控制通道的选择 113 4.6.4 耦合过程控制器参数整定 116 4.6.5 解耦设计 117 4.6.6 解耦控制中的一些问题 120 4.7 计算机过程控制 122 4.7.1 计算机过程控制系统的组成与特点 123 4.7.2 数字控制器的模拟化设计 126 4.7.3 计算机过程控制系统的设计 135 思考题与习题 139 第5章 先进过程控制 146 5.1 预测控制 146 5.1.1 概述 146 5.1.2 预测控制的基本原理 147 5.1.3 预测控制的实现 152 5.1.4 预测控制的工业应用 153 5.2 模糊控制 158 5.2.1 模糊数学基础 158 5.2.2 模糊控制器工作原理 163 5.2.3 模糊控制器的设计 166 5.2.4 模糊控制器的改进 172 5.2.5 模糊控制系统的工业应用 174 5.3 神经网络控制 178 5.3.1 神经元网络的基本原理与结构 178 5.3.2 神经元网络的模型 182 5.3.3模糊神经网络 186 5.3.4 神经网络控制系统结构 189 5.3.5 基于神经网络的控制系统设计 191 思考题与习题 198 第6章 聚类融合控制 200 6.1 聚类融合控制的基本概念 200 6.1.1 问题的提出 200 6.1.2 聚类融合控制的基本思想 200 6.2 聚类融合控制系统的结构 201 6.3 模式窗口及时间序列融合 202 6.3.1 模式窗口的概念 202 6.3.2 融合窗口及其选择 203 6.4 聚类融合控制系统的设计 204 6.4.1 输入信息空间 204 6.4.2 聚类融合空间 206 6.4.3 类别空间 207 6.4.4 控制输出空间 208 6.5 类别空间的特性 209 6.5.1 类别空间坐标系统 209 6.5.2 定性类别空间 210 6.5.3 过程行为的基本类别 211 6.5.4 行为空间和行为轨迹 212 6.6 ART在聚类融合控制中的应用 213 6.6.1 ART神经网络的特点 213 6.6.2 ART-2的参数设计 213 6.7 ART-2应用中的几个实际问题 218 6.7.1 小幅值分量特征的判别 218 6.7.2 幅值大小的问题 219 6.8 时间序列信息融合的结构 220 6.8.1 集中式和分布式融合 220 6.8.2 用二进制编码进行二次融合 222 6.9 模糊聚类融合控制 224 6.9.1 模糊控制存在的问题 224 6.9.2 模糊聚类融合控制的基本思想 226 6.9.3 模糊聚类融合控制系统的结构 227 6.9.4 模糊聚类融合控制的设计 228 6.10 聚类融合控制系统的工业应用 229 6.10.1 概述 229 6.10.2 循环流化床锅炉简介 229 6.10.3 循环流化床锅炉燃烧过程聚类融合控制 230 思考题与习题 239 第7章 计算机集散控制系统 240 7.1 概述 240 7.1.1 集散控制系统的组成 240 7.1.2 集散控制系统的特点 242 7.1.3 集散控制系统的发展 242 7.2 集散控制系统的现场控制站 243 7.2.1 参数控制 245 7.2.2 逻辑和顺序控制 251 7.2.3 数据监测 254 7.3 集散控制系统的操作员站和工程师站 255 7.3.1 操作员站和工程师站的功能 255 7.3.2 操作员站和工程师站的硬设备 256 7.3.3 操作员站和工程师站的软件 257 7.4 集散控制系统的网络与通信 261 7.4.1 概述 261 7.4.2 网络技术初步 261 7.4.3 信息传输技术初步 263 7.4.4 典型系统的通信网络 265 7.5 集散控制系统的工程化设计 267 7.5.1 工程化设计的特点 267 7.5.2 集散控制系统的方案论证 268 7.5.3 集散控制系统的评估 268 7.5.4 集散控制系统的工程设计 270 思考题与习题 271 第8章 过程控制工程应用实例 272 8.1 化肥厂H2/N2比例控制 272 8.2 氯乙烯精馏过程控制 275 8.3 TDC-3000在聚苯乙烯装置上的应用 277 8.4 CENTUM系统在合成氨装置中的应用 282 思考题与习题 284 附录A 信息融合基础知识 285 A.1 自适应谐振神经网络 285 A.1.1 自适应谐振理论 285 A.1.2 ART-2神经网络 289 A.2 模式识别和聚类分析基础 295 A.2.1 模式和模式空间 295 A.2.2 模式类和类别空间 295 A.2.3 模式识别 296 A.2.4 聚类分析 296 A.3 多传感器信息融合 297 A.3.1 多传感器系统 297 A.3.2 多传感器的信息融合 298 A.3.3 多传感器信息融合的方法 301 参考文献 305 前言过程控制系统是现代工业自动化的一个重要组成部分，它是控制理论与生产工艺、工业过程、设备，以及计算机技术和仪器仪表等知识相结合的一门综合性工程应用学科。它的理论性、综合性和实践性都很强。 本课程是自动化专业最主要的一门专业课，它是在自动控制理论的基础上发展起来的专业应用课程，既有理论，又有工程实践。为了适应当前工科院校的教学和科研工作的需要，本书将当前在工业生产过程中广泛应用或应用较为成熟的常规控制系统和控制方案，作为重点进行了全面系统的阐述，而对于计算机过程控制系统和先进控制方法，在本书中仅对其进行了简单介绍，关于聚类融合控制的一些基础内容写在了附录A中。因为，随着过程控制技术的迅速发展，大多数的高等院校也已就计算机控制系统和先进控制理论等内容开设了相应的课程。 全书共分8章，分别介绍了过程控制系统的发展、应用现状和相关知识。具体内容有： （1）过程控制系统的要求、组成、性能指标和发展。 （2）被控工业过程的数学模型及其获取方法，包括对象数学模型动态特性的基本描述形式及获取方法。 （3）执行器的种类、选型和计算。 （4）PID控制器控制规律的原理、分析与选型，包括模拟PID控制器和数字PID控制器的选型和参数整定。 （5）简单控制系统的基本概念、分析和设计，包括被控变量与控制变量的选择、控制器和测量变送器的选型，以及控制器参数整定的常用方法与控制系统的投运。 （6）串级控制系统的结构组成、工作原理和方案设计，包括主、副被控变量和操作变量的选择，主回路和副回路的设计及主回路和副控制器的选择，常用的串级控制系统的参数整定方法。 （7）补偿控制系统的原理和前馈控制的几种结构形式，包括静态、动态前馈控制，复合前馈控制，各种前馈控制系统的设计，前馈补偿器的设计与实现，常用的工程整定方法，大时延生产过程的概念，常规仪表控制方案的实现，补偿控制方案的设计与实现。 （8）比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择性控制系统的基本概念、系统设计与实现和参数整定。 （9）解耦控制系统，包括多变量系统的分析、控制器参数整定和常用的解耦控制系统设计方法等。 （10）计算机过程控制系统和集散控制系统的组成与类型，以及常用先进控制策略的简单介绍。 （11）预测控制、模糊控制和聚类融合控制及其工业应用。 此书第1章、第4章的4.1～4.6节、第6章和附录A由牛培峰教授编写；第2章、第5章的5.3节由燕山大学张秀玲教授编写；第3章、第4章的4.7节、第5章的5.1节和5.2节由燕山大学罗小元副教授编写；第7章、第8章由燕山大学彭策博士编写。 由于编者水平有限，书中疏漏和不妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正。 编著者 2011年3月 |
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