本書以常規過程控制繫統為主體，以目前在工業生產過程中廣泛使用且較為成熟的典型控制方案作為重點內容，予以繫統的闡述。本書共分為8章。第1章過程控制基礎知識，第2章簡單控制繫統，第3章串級控制繫統，第4章前饋控制繫統，第5章比值控制繫統，第6章其他控制繫統，第7章典型的控制，第8章控制繫統工程設計。每章前面均設置"內容提要”和"特別提示”，章內每小節後附有"工程經驗”，章後配備"本章小結”、習題和實驗（參考）項目等內容，並提供了習題的參考答案，以滿足讀者學習和實踐的需要。

齊衛紅，女，西安理工大學高等職業技術學院，長期從事生產過程自動化專業的教研工作，擁有豐富的教學經驗和生產經驗。主編的《過程控制繫統》一書獲得高校師生的廣泛好評。

目 錄
緒論 1
0．1 過程控制的定義和任務 1
0．2 過程控制的發展與趨勢 4
0．2．1 自動控制理論的發展歷程 4
0．2．2 過程控制繫統的發展與趨勢 5
第1章 過程控制基礎知識 7
1．1 自動控制繫統的組成及分類 7
1．1．1 人工控制與自動控制 7
1．1．2 自動控制的基本方式 8
1．1．3自動控制繫統的組成 10
1．1．4 自動控制繫統的分類 11
1．2繫統運行的基本要求 14
1．2．1 繫統的動態與靜態 14
1．2．2 基本要求 15
1．3過程控制繫統的過渡過程及控制性能指標 16
1．3．1過程控制繫統的過渡過程 16
1．3．2過程控制繫統的控制性能指標 17
1．4過程動態特性與建模 20
1．4．1數學模型的定義 20
1．4．2被控過程的數學模型（過程特性） 20
1．4．3 傳遞函數 27
1．4．4 過程特性的一般分析 29
1．4．5 過程動態模型的實驗測取 32
1．5過程控制繫統的方框圖及傳遞函數 35
1．5．1繫統方框圖 35
1．5．2方框圖的等效變換與化簡 35
1．5．3過程控制繫統的傳遞函數 40
1．6常規控制規律及其對繫統控制質量的影響 42
1．6．1PID控制的特點 42
1．6．2位式控制 43
1．6．3比例控制（P） 44
1．6．4積分控制（I） 47
1．6．5微分控制（D） 50
本章小結 53
思考與練習 55
實驗一單回路控制繫統控制過程演示 56
實驗二 一階（單容）過程特性測試二階（雙容）過程特性測試 57
第2章 簡單控制繫統 59
2．1 繫統組成原理 59
2．1．1 簡單控制繫統的結構組成 59
2．1．2 控制過程分析 61
2．1．3 簡單控制繫統的設計概述 62
2．2 被控變量的選擇 63
2．2．1 被控變量的選擇方法 63
2．2．2 被控變量的選擇原則 64
2．2．3 被控變量的選擇實例 64
2．3 過程特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇 66
2．3．1擾動通道特性對控制質量的影響 68
2．3．2控制通道特性對控制質量的影響 71
2．3．3 操縱變量的選擇 74
2．4執行器（氣動薄膜控制閥）的選擇 74
2．4．1控制閥概述 74
2．4．2 控制閥的結構形式及選擇 77
2．4．3控制閥氣開、氣關形式的選擇 80
2．4．4控制閥流量特性的選擇 81
2．4．5控制閥口徑的選擇 87
2．4．6 閥門定位器的正確使用 89
2．5 測量變送環節的選取及其對控制質量的影響 91
2．5．1對測量變送環節的基本要求 92
2．5．2測量誤差分析 92
2．5．3減小動態誤差的方法 93
2．6 控制器的選擇 95
2．6．1 控制器控制規律的選擇 96
2．6．2 控制器正、反作用方式的選擇 97
2．7 簡單控制繫統的投運和整定 100
2．7．1 控制繫統的投運 100
2．7．2 控制繫統的整定 103
2．8簡單控制繫統的故障與處理 108
2．8．1 故障產生的原因 109
2．8．2 故障判斷和處理的一般方法 109
2．8．3 故障分析舉例 110
本章小結 111
思考與練習 113
實驗三簡單控制繫統的投運和整定 116
第3章 串級控制繫統 117
3．1 基本原理和結構 118
3．1．1 串級控制繫統的組成原理 118
3．1．2串級控制繫統的結構 119
3．1．3串級控制繫統的控制過程 121
3．2 串級控制繫統的特點 122
3．3串級控制繫統的應用範圍 126
3．3．1 用於具有較大純滯後的過程 126
3．3．2用於具有較大容量滯後的過程 128
3．3．3用於存在變化劇烈和較大幅值擾動的過程 129
3．3．4用於具有非線性特性的過程 129
3．4 串級控制繫統的設計 130
3．4．1 主、副被控變量的選擇 131
3．4．2 主、副控制器控制規律的選擇 135
3．4．3 主、副控制器正、反作用的選擇 135
3．4．4 串級控制繫統的實施 137
3．5 串級控制繫統的投運和整定 139
3．5．1 串級控制繫統的投運 139
3．5．2 串級控制繫統的整定 139
本章小結 141
思考與練習 142
實驗四串級控制繫統的投運和整定 144
第4章 前饋控制繫統 146
4．1 前饋控制原理 146
4．2前饋控制的特點及局限性 147
4．2．1 前饋控制的特點 147
4．2．2 前饋控制的局限性 148
4．3前饋控制繫統的幾種主要結構形式 148
4．3．1單純的前饋控制繫統 148
4．3．2前饋-反饋控制繫統 149
4．3．3 前饋-串級控制繫統 150
4．4前饋控制繫統的實施及應用 151
4．4．1前饋控制繫統的實施 151
4．4．2 前饋控制繫統的應用 153
本章小結 154
思考與練習 155
第5章 比值控制繫統 156
5．1 概述 156
5．2 比值控制繫統的類型 157
5．2．1 單閉環比值控制繫統 157
5．2．2 雙閉環比值控制繫統 158
5．2．3 變比值控制繫統 159
5．3 比值繫數的計算 161
5．3．1 流量與測量信號成線性關繫時的折算 161
5．3．2 流量與測量信號成非線性關繫時的折算 163
5．4 比值控制繫統的實施 164
5．4．1 兩種實施方案 164
5．4．2 比值控制繫統中的信號匹配問題 165
5．5 比值控制繫統的投運與整定 166
本章小結 167
思考與練習 167
實驗五單閉環比值控制繫統的投運和整定 168
第6章 其他控制繫統 170
6．1 均勻控制繫統 170
6．1．1 均勻控制原理 170
6．1．2 均勻控制方案 172
6．2選擇性控制繫統 175
6．2．1選擇性控制原理 175
6．2．2選擇性控制繫統的類型 175
6．2．3選擇性控制繫統工程設計和實施時的幾個問題 178
6．3分程控制繫統 180
6．3．1分程控制繫統的組成及工作原理 180
6．3．2分程控制的應用場合 181
6．3．3分程控制繫統的實施 184
本章小結 185
思考與練習 186
第7章 典型的控制 187
7．1 流體輸送設備的控制 187
7．1．1 泵的控制 188
7．1．2 壓縮機的控制 190
7．1．3 離心式壓縮機的防喘振控制繫統 192
7．2 傳熱設備的控制 194
7．2．1 傳熱設備的特性 194
7．2．2 一般傳熱設備的控制 195
7．2．3加熱爐的控制 198
7．3 鍋爐設備的控制 202
7．3．1鍋爐汽包水位的控制 203
7．3．2鍋爐燃燒繫統的控制 206
7．3．3蒸汽過熱繫統的控制 209
7．4精餾塔的控制 210
7．4．1 精餾塔的控制目標和擾動分析 211
7．4．2精餾塔被控變量的選擇 212
7．4．3 精餾塔的控制方案 214
*7．4．4復雜控制和新型控制方案在精餾塔中的應用 218
7．5化學反應器的控制 219
7．5．1 化學反應器的控制要求和被控變量的選擇 219
7．5．2 化學反應器的基本控制策略 220
7．5．3 幾種典型反應器的控制方案 221
本章小結 223
思考與練習 224
第8章 控制繫統工程設計 227
8．1 工程設計的基本知識 227
8．1．1 工程設計的基本任務和設計步驟 227
8．1．2 工程設計的內容 228
8．1．3 自控繫統工程設計的方法 229
8．2 控制方案及工藝控制流程圖的設計 230
8．2．1 工程設計的圖例符號 231
8．2．2 控制方案的設計 236
8．2．3 工藝控制流程圖的繪制 239
8．3 控制繫統的設備選擇 241
8．3．1 儀表自動化設備的選型 241
8．3．2 檢測儀表的選擇 241
8．3．3 顯示控制儀表的選型 242
8．3．4 自控設備表 243
8．4 儀表盤正面布置圖和背面電氣接線圖 244
8．4．1 儀表盤正面布置圖 244
8．4．2 儀表盤背面電氣接線圖 247
8．5其他設計文件簡介 252
本章小結 256
思考與練習 256
附錄A工藝流程圖上常用設備和機器圖例符號 258
附錄B工藝流程圖上常用物料代號 260
附錄C工藝流程圖上管道、管件、閥門及附件圖例符號 261
附錄D過程控制範例――識讀工業鍋爐工藝控制流程圖 262
附錄E某自控設計的自控設備表（表一）（部分） 263
附錄F某自控設計的自控設備表（表二）（部分） 264
參考文獻 265

前 言

“過程控制”是現代工業自動化的一個重要領域。隨著各類生產工藝技術不斷改進提高，生產過程的連續化、大型化不斷強化，以及對過程內在規律的進一步了解和儀表、計算機技術的迅猛發展，生產過程控制技術獲得了更大的發展。《過程控制繫統》是工業生產自動化及相關專業的一門主要專業課程。隨著我國高等職業技術教育的迅速發展，工業生產自動化專業的辦學規模也在逐步擴大。本書正是為了適應工業生產發展的需要和高等職業技術教育的教學特點而編寫的。

本書第1版於2007年出版後，受到了不少大專院校的歡迎，被選為教材，也得到了許多自動化技術人員的肯定。該書作為一本面向工業生產自動化、測控技術與儀器等專業主干專業課程的教材，由於切合課程的教學大綱，書中內容敘述便於自學，為適合高職學生學習而減少了復雜的理論推導，且每一章均附有本章小結、思考與練習及主要實驗環節等，因此受到了師生的普遍歡迎。經過4年多的使用，編者在收集和整理廣大讀者意見和建議的基礎上，結合高職教學改革的實際情況，於2011年對本書進行了修訂，推出了《過程控制繫統（第2版）》教材。修訂後的教材內容敘述更為詳細、重點更為突出，並對原書的一些筆誤和錯字也進行了更正。

近幾年，高等職業教育教學改革繼續深入推進，為適應現階段高職教學改革的需要，尤其是對高水平高職教材的需要，結合當前生源質量的變化情況，編者在廣泛征求兄弟院校和使用單位的意見、總結多年教學實踐經驗的基礎上，對《過程控制繫統（第2版）》進行了再次修訂。本次修訂在保持前兩版教材整體結構和主要內容不變的基礎上，主要在以下方面進行了提高。

（1）對部分章節的內容進行了精簡，使部分內容的論述及案例分析更為簡練；為避免與《可編程序控制器》課程內容重復，刪除了第6章第4節“自動保護繫統”。

（2）增設學習“導引”環節，以突出應用性、實踐性的培養目標。本次修訂在每一章的正文之前設有“特別提示”，以期能幫助學生掌控學習的方向性；在第1～6章的每一節後設有“工程經驗”，強化理論與實踐的密切結合，更為具體地指導“學以致用”。

（3）提供了第1～7章課後習題的參考答案，方便讀者自我檢驗學習效果。

（4）制作了電子課件，以便讀者選用和參考。需要者請登錄電子工業出版社華信教育資源網（www.hxedu.com.cn）自行下載。

本書共分為8章，包括三大部分內容。第一部分為第1章過程控制基礎知識，闡述了過程控制繫統的組成、基本要求、控制指標、控制規律對繫統控制質量的影響，以及過程動態特性與建模方法；第二部分為過程控制繫統，包括第2章簡單控制繫統、第3章串級控制繫統、第4章前饋控制繫統、第5章比值控制繫統和第6章其他控制繫統，各章均以繫統的分析、設計與應用為軸線，重點討論了各類控制繫統的組成、特點、設計原則、實施和應用範圍，以及繫統的投運和參數整定方法；第三部分為過程控制的工程設計和應用，包括第7章典型的控制和第8章控制繫統工程設計，以培養學生工程設計的初步知識和識圖能力，為控制繫統的應用、維護、改進、設計奠定基礎。

本次修訂工作由西安理工大學高等技術學院齊衛紅、劉芳園完成。齊衛紅負責全書的統稿與修改，並編寫第1、2、3、6、7、8章；第4、5章由劉芳園編寫。在此對參加前兩版編寫工作的林春麗、孫慶玉、高燕、於洪慶、楊德寶、黃軼，以及主審王永紅等各位老師表示誠摯的感謝。

由於編者水平有限，書中難免有不妥之處，懇請各位專家和讀者不吝指正。

編 者

2017年10月