本书把自动化仪表与装置和传统过程控制系统的分析、设计及应用进行了有机结合；把电子技术、计算机技术在自动化仪表和装置中的应用进行了有机融合。针对计算机技术、网络通信技术在自动化领域的应用越来越广的特点，本书在系统介绍传统控制的基础上，重点介绍了计算机控制技术、网络控制技术(DCS、FCS、工业以太网等)及其系统设计；智能控制理论是当前控制理论的高形式，以此为基础的智能控制也得到了广泛的应用，本着实用和精简的原则也进行了系统介绍。

本书根据当前自动化专业课程开设少而精的特点. 把自动化仪表与装置和传统过程控制系统的分析、设计及应用进行了有机结合. 把电子技术、计算机技术在自动化仪表和装置中的应用进行了有机融合. 针对计算机技术、网络通信技术在自动化领域应用越来越广的特点. 本书在系统介绍传统控制的基础上. 重点介绍了计算机控制技术、网络控制技术及其系统设计. 直接数字控制(ＤＤＣ) 是计算机控制的基础. 本书给予了重点介绍. 并以工程实例详细介绍了其工程设计. 集散控制系统(ＤＣＳ) 是当前实现工业过程控制的主要形式. 从早期的ＰＣ (ＰＬＣ)控制到传统的ＤＣＳ. 再到融合现场总线技术的新型ＤＣＳ. 集散控制系统经过了从低级到高级逐步完善. 再到技术成熟的过程. 本书结合其发展历程进行了系统的介绍. 并特别介绍了几种典型的ＤＣＳ. 网络控制技术是过程控制技术的一个重要发展方向. 本书从现场总线技术及工业以太网技术两方面对其进行了阐述. 智能控制理论是当前控制理论的最高形式. 以此为基础的智能控制也得到了广泛的应用. 本着实用和精简的原则. 本书也对此进行了系统介绍. 本书理论联系实际. 既注重自动控制理论知识在实际工业过程控制系统的运用. 又注重在实际应用中需要具体考虑的工程实际问题. 在理论与工程实践之间架起了一座桥梁.本书共由１１ 章组成. 第１ 章“绪论” 介绍过程控制的组成、特点及发展. 第２ 章“过程建模” 为用经典控制理论和现代控制理论分析设计系统的基础. 第３ 章是作为系统眼睛的“过程参数的检测与变送”. 第４ 章是作为常规过程控制系统基本环节的“ 过程控制仪表”.第５ 章是工程应用最常见且为控制系统学习基础的“简单控制系统”. 第６ 章是作为计算机控制基础的“直接数字控制系统”. 第７ 章是“ 改善控制品质的复杂控制”. 第８ 章是“ 满足某种特殊要求的复杂控制”. 第９ 章是主要用于解决传统控制方法难以解决的复杂系统控制问题的“智能控制”. 第１０ 章是控制功能分散、显示操作和管理功能集中、兼顾分而自治和综合协调原则设计的“集散控制系统”. 第１１ 章“ 工业控制网络技术” 介绍计算机技术、通信技术和控制技术发展融合的产物现场总线技术和目前代表着工业现场总线发展趋势的工业以太网技术.本书内容按照工业过程控制系统的体系结构和发展脉络组织编排. 在加强基本概念、基本理论和基本方法的基础上. 注重理论联系实际. 突出理论方法的实用性、可操作性与有效性. 注重跟踪近年来工业过程控制实践中涌现出来的新技术、新理论和新方法. 注重培养学生理论联系实际的创新意识与创新思维能力.本书由南京信息工程大学叶小岭教授、河海大学叶彦斐副教授、南京信息工程大学林屹博士及东南大学邵裕森教授共同编著. 邵裕森教授对全书进行了审读. 南京信息工程大学张颖超教授也协助审阅了全书. 南京信息工程大学孙宁博士、熊雄博士等为本书的编写做了许多有益的工作. 本书的出版得到了南京信息工程大学教材基金的支持. 这里对此特别表示感谢!本书在编写过程中参阅了大量的书籍、文献. 在此向其作者致谢. 同时也感谢为本书提出过建议的兄弟院校的相关任课老师.由于时间仓促. 编者水平有限. 对于书中存在的缺点和错误. 恳请读者批评指正.编　者

前　言
主要符号说明
常用下标的定义
第１ 章　绪论 １
　１. １　过程控制介绍 １
　１. ２　过程控制系统的组成及其分类 ２
　　１. ２. １　过程控制系统的组成 ２
　　１. ２. ２　过程控制系统的分类 ３
　１. ３　过程控制系统的发展 ５
　１. ４　“过程控制工程” 课程的性质和
任务 ８
　本章小结 ９
　思考题与习题 ９
第２ 章　过程建模 １０
　２. １　数学模型 １０
　２. ２　机理建模 １１
　　２. ２. １　单容过程的数学模型 １１
　　２. ２. ２　有纯滞后过程的数学模型 １４
　　２. ２. ３　多容过程的数学模型 １５
　２. ３　实验建模 １７
　　２. ３. １　实验建模的一般程序 １７
　　２. ３. ２　阶跃响应法 １８
　　２. ３. ３　脉冲响应法 ２２
　　２. ３. ４　最小二乘法 ２４
　本章小结 ２８
　思考题与习题 ２９
第３ 章　过程参数的检测与变送 ３１
　３. １　概述 ３１
　　３. １. １　测量误差 ３１
　　３. １. ２　自动化仪表的性能指标 ３２
　　３. １. ３　自动化仪表的选用 ３４
　３. ２　温度检测与变送 ３５
　　３. ２. １　概述 ３５
　　３. ２. ２　热电偶温度计 ３６
　　３. ２. ３　常用热电偶的结构形式 ３９
　　３. ２. ４　热电阻温度计 ４０
　　３. ２. ５　温度检测仪表的选用原则 ４２
　　３. ２. ６　ＤＤＺ￣Ⅲ型温度变送器 ４４
　３. ３　压力检测与变送 ４８
　　３. ３. １　概述 ４８
　　３. ３. ２　弹性式压力表 ５０
　　３. ３. ３　电气式压力表 ５１
　　３. ３. ４　压力检测仪表的选用与安装 ５１
　３. ４　流量检测与变送 ５２
　　３. ４. １　概述 ５２
　　３. ４. ２　差压流量计 ５３
　　３. ４. ３　椭圆齿轮流量计 ５６
　３. ５　液位检测与变送 ５７
　　３. ５. １　静压式液位计 ５７
　　３. ５. ２　电容式液位计 ５８
　　３. ５. ３　液位检测仪表的选用原则 ５９
　３. ６　变送器 ６０
　　３. ６. １　矢量机构力平衡式差压变送器 ６０
　　３. ６. ２　电容式差压变送器 ６３
　　３. ６. ３　ＳＴ３０００ 智能变送器 ６５
　３. ７　成分分析仪表 ６６
　　３. ７. １　红外线气体分析仪 ６７
　　３. ７. ２　氧化锆氧量分析仪 ６８
　本章小结 ７１
　思考题与习题 ７１
第４ 章　过程控制仪表 ７３
　４. １　概述 ７３
　４. ２　ＤＤＺ￣Ⅲ型控制器 ７３
　　４. ２. １　输入电路 ７４
　　４. ２. ２　比例微分电路 ７７
　　４. ２. ３　比例积分电路 ７７
　　４. ２. ４　Ⅲ型控制器的传递函数 ７８
　　４. ２. ５　输出电路 ８０
　　４. ２. ６　手动操作电路 ８０
　　４. ２. ７　指示电路 ８１
　４. ３　运算器(运算单元) ８２
　　４. ３. １　加减器 ８２
　　４. ３. ２　乘除器 ８３
　４. ４　可编程调节器 ８５
　　４. ４. １　概述 ８５
　　４. ４. ２　ＫＭＭ 可编程调节器的体系结构 ８６
目　　录Ⅶ　
　　４. ４. ３　ＫＭＭ 可编程调节器的主要功能及
应用 ９２
　　４. ４. ４　ＫＭＭ 可编程调节器的软件
设计 １０４
　４. ５　执行器 １０６
　　４. ５. １　概述 １０６
　　４. ５. ２　执行机构 １０６
　　４. ５. ３　调节机构 １０９
　　４. ５. ４　阀门定位器 １１２
　４. ６　变频器 １１６
　　４. ６. １　概述 １１６
　　４. ６. ２　变频器原理 １１６
　　４. ６. ３　变频器功能 １１７
　本章小结 １１７
　思考题与习题 １１８
第５ 章　简单控制系统 １１９
　５. １　控制系统的品质指标 １１９
　　５. １. １　以阶跃响应曲线定义的单项
指标 １１９
　　５. １. ２　偏差积分综合指标 １２０
　　５. １. ３　准品质指标(过程可控度) １２１
　　５. １. ４　三类指标之间的关系 １２３
　５. ２　简单控制系统的方案设计 １２５
　　５. ２. １　受控变量的选择 １２５
　　５. ２. ２　操纵变量的选择 １２８
　　５. ２. ３　执行器的选择 １３６
　　５. ２. ４　测量变送环节在系统设计中的
考虑 １３９
　　５. ２. ５　控制器的选型及应用 １４０
　　５. ２. ６　简单控制系统的设计原则及应用
实例 １４６
　５. ３　简单控制系统的参数整定 １４８
　　５. ３. １　概述 １４８
　　５. ３. ２　工程整定法 １４９
　　５. ３. ３　控制系统参数整定实例 １５４
　本章小结 １５７
　思考题与习题 １５８
第６ 章　直接数字控制系统 １６０
　６. １　从常规控制到计算机控制 １６０
　　６. １. １　常规控制 １６０
　　６. １. ２　计算机控制 １６１
　６. ２　过程通道 １６２
　　６. ２. １　模拟量输入/输出通道 １６３
　　６. ２. ２　数字量Ｉ/ Ｏ 通道 １６５
　６. ３　信号采集、数字滤波及数据处理 １６７
　　６. ３. １　香农采样定理及采样频率的
选择 １６７
　　６. ３. ２　数字滤波 １６９
　　６. ３. ３　数据处理 １７３
　６. ４　ＤＤＣ 系统的ＰＩＤ 算式 １７５
　　６. ４. １　基本ＰＩＤ 控制算式 １７５
　　６. ４. ２　对基本ＰＩＤ 控制算式的改进 １７６
　６. ５　ＤＤＣ 系统在工业过程控制中的应用 １８０
　　６. ５. １　计算机控制系统的设计过程 １８０
　　６. ５. ２　ＤＤＣ 系统设计举例———全自动
电镀电源的设计 １８２
　本章小结 １８７
　思考题与习题 １８７
第７ 章　改善控制品质的复杂控制 １８９
　７. １　串级控制系统 １８９
　　７. １. １　概述 １８９
　　７. １. ２　串级控制系统的特点与分析 １９４
　　７. １. ３　串级控制系统的工业应用 ２０１
　　７. １. ４　串级控制系统的设计 ２０４
　　７. １. ５　串级控制系统的投运与参数
整定 ２０９
　７. ２　前馈控制 ２１０
　　７. ２. １　前馈与反馈 ２１０
　　７. ２. ２　前馈￣反馈复合控制系统 ２１５
　　７. ２. ３　前馈￣串级控制系统 ２１６
　　７. ２. ４　前馈控制的工业应用 ２１８
　　７. ２. ５　数字前馈控制系统 ２２３
　７. ３　大滞后补偿控制 ２２４
　　７. ３. １　Ｓｍｉｔｈ 预估补偿控制 ２２５
　　７. ３. ２　改进型Ｓｍｉｔｈ 预估补偿控制 ２２７
　７. ４　多变量解耦控制 ２２７
　　７. ４. １　多变量耦合 ２２７
　　７. ４. ２　相对增益 ２２９
　　７. ４. ３　多变量解耦系统设计 ２３１
　　７. ４. ４　解耦控制系统实例 ２３５
　本章小结 ２３７
　思考题与习题 ２３８
第８ 章　满足某种特殊要求的复杂
控制 ２４１
　８. １　比值控制 ２４１
　　８. １. １　比值控制的提出 ２４１
　　８. １. ２　比值控制的常用结构 ２４１
　　８. １. ３　从物料流量比到仪表信号比 ２４５
Ⅷ　过程控制工程
　　８. １. ４　比值控制的工业应用 ２４７
　８. ２　分程控制 ２５０
　　８. ２. １　概述 ２５０
　　８. ２. ２　分程控制的目的 ２５１
　　８. ２. ３　分程控制的设计及生产方面的
应用 ２５２
　８. ３　选择性控制 ２５５
　　８. ３. １　概述 ２５５
　　８. ３. ２　选择性控制的类型 ２５６
　　８. ３. ３　选择性控制在工业中的应用 ２５７
　本章小结 ２６１
　思考题与习题 ２６１
第９ 章　智能控制 ２６３
　９. １　模糊控制 ２６３
　　９. １. １　概述 ２６３
　　９. １. ２　模糊控制系统的组成 ２６４
　　９. １. ３　模糊控制系统的原理与特点 ２６５
　　９. １. ４　模糊控制器 ２６６
　　９. １. ５　工程实例 ２７２
　９. ２　预测控制 ２７６
　　９. ２. １　概述 ２７６
　　９. ２. ２　预测控制的特点 ２７７
　　９. ２. ３　预测控制算法 ２７７
　　９. ２. ４　预测控制的工业应用实例 ２８１
　９. ３　神经网络控制 ２８４
　　９. ３. １　概述 ２８４
　　９. ３. ２　神经网络控制的结构与问题 ２８５
　　９. ３. ３　神经网络ＰＩＤ 控制 ２８８
　９. ４　专家控制 ２９０
　　９. ４. １　概述 ２９１
　　９. ４. ２　专家控制系统 ２９３
　　９. ４. ３　专家控制器示例 ２９５
　９. ５　推理控制与软测量技术 ２９７
　　９. ５. １　推理控制 ２９７
　　９. ５. ２　软测量技术 ３００
　本章小结 ３０５
　思考题与习题 ３０５
第１０ 章　集散控制系统 ３０６
　１０. １　集散控制系统的基本组成 ３０６
　　１０. １. １　ＤＣＳ 网络 ３０６
　　１０. １. ２　控制站 ３０７
　　１０. １. ３　操作员站 ３０８
　　１０. １. ４　工程师站 ３０９
　１０. ２　集散控制系统的特点与发展趋势 ３０９
　　１０. ２. １　ＤＣＳ 的主要特点 ３０９
　　１０. ２. ２　ＤＣＳ 的发展趋势 ３１０
　１０. ３　典型ＤＣＳ ３１１
　　１０. ３. １　Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ 公司的ＴＤＣ３０００
系统 ３１１
　　１０. ３. ２　Ｆｏｘｂｏｒｏ 公司的Ｉ/ Ａ Ｓｅｒｉｅｓ
系统 ３１２
　　１０. ３. ３　ＹＯＫＯＧＡＷＡ 公司的ＣＥＮＴＵＭ
系统 ３１４
　　１０. ３. ４　中控集团的ＣＳ２０００ ３１５
　１０. ４　监督控制与数据采集系统 ３１７
　　１０. ４. １　概述 ３１７
　　１０. ４. ２　ＳＣＡＤＡ 系统与ＤＣＳ 的比较 ３１８
　　１０. ４. ３　组态软件 ３１８
　本章小结 ３１９
　思考题与习题 ３１９
第１１ 章　工业控制网络技术 ３２０
　１１. １　现场总线 ３２０
　　１１. １. １　概述 ３２０
　　１１. １. ２　现场总线系统结构 ３２０
　　１１. １. ３　现场总线的特点与优点 ３２１
　　１１. １. ４　主流现场总线 ３２２
　１１. ２　工业以太网及基于Ｗｅｂ 的监控
系统 ３２３
　　１１. ２. １　控制系统中以太网的引入 ３２３
　　１１. ２. ２　工业以太网的特点 ３２４
　　１１. ２. ３　基于Ｗｅｂ 的远程监控 ３２５
　本章小结 ３２７
　思考题与习题 ３２８
附录 ３２９
　附录Ａ　分程控制中控制阀的部分组成状态
与对应形式 ３２９
　附录Ｂ　过程控制系统的设计标准与识图
简介 ３３０
　　Ｂ. １　过程控制的文字标准 ３３０
　　Ｂ. ２　过程控制的图形符号标准 ３３１
　　Ｂ. ３　过程控制的文字代号标准 ３３６
　　Ｂ. ４　仪表位的编制方法实例 ３３８
参考文献 ３３９