《過程控制原理與工程》共分兩篇7章。第一篇為過程控制原理（第1章～第4章），主要闡述了過程控制的基本原理、基本概念，過程控制系統的數學模型，過程控制系統的時域和頻率分析法；第二篇為過程控制工程（第5章～第7章），詳細介紹了簡單控制系統的分析與設計方法,控制系統實施、控制系統故障分析與排除、控制系統投運等知識；比較全面地介紹了復雜控制系統的構成方法與應用。以常規過程控制系統為主體，結合煉油、化工、熱電、輕工等工業過程中的典型操作單元，從控制過程的特性、基本控制方案等方面作了簡明的敘述。《過程控制原理與工程》選材精煉，突出了知識的實用性、實際性和實踐性。編寫時力求循序漸進、深入淺出、通俗易懂、便于自學。
《過程控制原理與工程》可作為高職高專院校、成人教育學院生產過程自動化技術、檢測技術及儀表等專業的教材用書，也可作為電氣、機電一體化、冶金、化工、制藥、輕工等相關專業的參考書，并可供相關專業技術人員參考。
本書是為深入貫徹落實教育部《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》（教高【2006】16號）文件精神，適應當前高等職業教育，大力推行工學結合，突出實踐能力培養，改革人才培養模式的教學改革需求，按照高職高專院校生產過程自動化技術專業人才培養規格和課程體系改革與建設的基本要求編寫的。
本書將控制理論與控制系統的基本內容整合在一起，打破了教材的傳統體系。教材內容選擇合理，符合高職高專學生學習特點和認識規律，突出了知識的“實用性、實際性和實踐性”原則。尤其是在控制理論部分，力爭減少繁雜的理論推導過程，貫徹“重概念、重結論、重應用”的指導思想。本書集教學內容的先進性與廣泛性為一體，在過程控制工程部分密切聯系生產實際，引入工廠實際案例，以典型生產過程控制案例入手，提出并解決問題。書中除了介紹控制系統分析與設計方法、控制系統實施與應用的知識，同時還介紹了控制系統的故障分析與處理方法，旨在培養學生的工程應用能力和解決現場實際問題的能力。體現了職業教育的特色，可以滿足培養高技能人才的需要。
本書是各位編者在多年的教學實踐、科研和參與工程實踐的基礎上編寫的。全書共分兩篇7章，第一篇為過程控制原理（第1章一第4章），第二篇為過程控制工程（第5章一第7章），這部分為本書的重點內容。在各章后有本章小結及思考題與習題，可供讀者參考、練習。
本書由于輝任主編，并編寫第5章和第6章；韓睿群任副主編，并編寫第1章、第2章和第3章；王穎編寫第4章；董會英編寫第7章。在編寫過程中參閱了許多專家、學者的著作，在此向他們表示衷心的感謝。同時在編寫過程中，還得到了華北電力大學鄧英教授、遼寧石化職業技術學院劉巨良、王琦教授的大力幫助與支持，在此也向他們表示衷心的感謝。
本書由沈陽化工學院王剛教授擔任主審。
由于編者水平有限，書中的錯誤及疏漏之處在所難免，敬請讀者批評指正。殷切希望得到讀者的寶貴意見與建議。
前言
第一篇 過程控制原理1
第1章 過程控制系統的基本概念2
1.1 引言2
1.2 過程控制系統的組成及框圖2
1.2.1 過程控制系統的組成2
1.2.2 過程控制系統的框圖3
1.2.3 過程控制系統的相關術語3
1.3 過程控制系統的分類4
1.3.1 開環控制與閉環控制4
1.3.2 按設定值變化規律分類6
1.4 過程控制系統的性能要求7
1.4.1 過程控制系統的過渡過程7
1.4.2 過程控制系統的過渡過程的幾種形式7
1.4.3 過程控制系統的性能指標8
本章小結8
思考題與習題8
第2章 過程控制系統的數學模型10
2.1 建立被控對象的數學模型10
2.2 典型化工對象(或環節)數學模型的建立13
2.2.1 串聯液體儲槽13
2.2.2 帶套管熱電偶13
2.2.3 氣動薄膜控制閥14
2.3 拉氏變換、反變換及其應用15
2.3.1 拉氏變換的概念16
2.3.2 拉氏變換的運算定理17
2.3.3 拉氏反變換19
2.3.4 拉氏變換及拉氏反變換的應用19
2.4 傳遞函數19
2.4.1 傳遞函數的定義19
2.4.2 傳遞函數的一般表達式20
2.4.3 傳遞函數的性質20
2.4.4 典型環節的傳遞函數21
2.4.5 過程控制系統的結構圖及其等效變換23
2.5 過程控制系統的傳遞函數27
2.5.1 系統開環傳遞函數28
2.5.2 系統閉環傳遞函數28
本章小結29
思考題與習題30
第3章 過程控制系統的時域分析法33
3.1 過程控制系統的響應分析33
3.1.1 典型輸入信號33
3.1.2 過程控制系統的時域性能指標34
3.1.3 一階過程控制系統的階躍響應分析36
3.1.4 二階過程控制系統的階躍響應分析38
3.2 過程控制系統的穩定性分析41
3.2.1 系統的穩定性41
3.2.2 勞斯穩定判據42
3.3 常規控制規律及其對過程控制質量的影響45
本章小結51
思考題與習題51
第4章 過程控制系統的頻率分析法53
4.1 頻率特性53
4.1.1 頻率特性的基本概念53
4.1.2 頻率特性與傳遞函數的關系55
4.2 典型環節的博德圖56
4.2.1 博德圖的表示56
4.2.2 比例環節57
4.2.3 積分環節57
4.2.4 微分環節58
4.2.5 慣性環節59
4.2.6 一階微分環節60
4.2.7 振蕩環節60
4.3 控制系統開環博德圖的繪制62
4.3.1 采用疊加方法繪制系統開環博德圖62
4.3.2 根據系統開環對數頻率特性曲線確定系統的傳遞函數66
4.4 對數頻率穩定判據與穩定裕量67
4.4.1 對數頻率穩定判據67
4.4.2 穩定裕量68
4.4.3 過程控制系統分析和設計的穩定裕量法70
本章小結74
思考題與習題75
第二篇 過程控制工程77
第5章 簡單控制系統分析與設計78
5.1 簡單控制系統的組成78
5.2 被控變量與操縱變量的選擇79
5.2.1 被控變量的選擇79
5.2.2 操縱變量的選擇79
5.3 測量滯后對控制質量的影響及克服辦法82
5.3.1 測量滯后對控制質量的影響82
5.3.2 克服測量滯后及信號的處理方法84
5.4 控制閥的選擇86
5.4.1 控制閥概述86
5.4.2 控制閥的流量特性87
5.4.3 控制閥的流量特性的選擇90
5.4.4 控制閥氣開、氣關形式的選擇92
5.4.5 閥門定位器的正確使用93
5.5 控制器的選擇94
5.5.1 控制器控制規律的選擇94
5.5.2 控制器正、反作用的確定95
5.6 簡單控制系統工程應用案例97
5.7 簡單控制系統的投運和控制器參數整定98
5.7.1 系統的投運98
5.7.2 控制器參數的工程整定99
5.8 簡單控制系統的故障及故障排除103
5.8.1 自動控制系統的故障及判別方法103
5.8.2 故障分析舉例105
本章小結107
思考題與習題107
第6章 復雜控制系統111
6.1 串級控制系統111
6.1.1 串級控制系統的基本原理與結構111
6.1.2 串級控制系統的工作過程113
6.1.3 串級控制系統的特點114
6.1.4 串級控制系統的設計117
6.1.5 串級控制系統的工業應用場合及應用案例120
6.1.6 串級控制系統的投運和主、副控制器的參數整定122
6.2 均勻控制系統124
6.2.1 均勻控制的目的和要求124
6.2.2 均勻控制方案125
6.2.3 控制器參數的整定127
6.3 比值控制系統128
6.3.1 概述128
6.3.2 定比值控制系統129
6.3.3 變比值控制系統130
6.3.4 比值控制系統的實施131
6.3.5 比值控制系統的投運和控制器參數的整定136
6.4 分程控制系統136
6.4.1 分程控制系統的構成136
6.4.2 分程控制的應用場合137
6.5 前饋控制系統140
6.5.1 前饋控制的基本原理及特點140
6.5.2 前饋控制系統的幾種結構形式142
6.5.3 前饋控制系統的選用144
6.6 選擇性控制系統144
6.6.1 概述144
6.6.2 選擇性控制系統的構成145
6.6.3 選擇性控制系統的類型146
6.6.4 積分飽和現象及其防止措施147
本章小結149
思考題與習題149
第7章 工業生產過程控制應用153
7.1 流體輸送設備的控制153
7.1.1 離心泵的控制153
7.1.2 容積式泵的控制156
7.1.3 壓縮機的控制156
7.1.4 離心式壓縮機的防喘振控制157
7.2 傳熱設備的控制159
7.2.1 換熱器的控制160
7.2.2 蒸汽加熱器的控制162
7.2.3 冷卻器的控制162
7.2.4 加熱爐的控制163
7.3 鍋爐設備的控制167
7.3.1 概述167
7.3.2 汽包水位系統的控制168
7.3.3 鍋爐燃燒系統的控制173
7.4 精餾塔的控制174
7.4.1 概述174
7.4.2 精餾塔的控制目標175
7.4.3 精餾塔的干擾因素分析175
7.4.4 精餾塔質量指標的選擇176
7.4.5 精餾塔的基本控制方案178
7.5 化學反應器的控制181
7.5.1 化學反應器的控制要求181
7.5.2 化學反應器的基本控制方案182
7.6 煉油工業生產過程控制184
7.6.1 煉油工業概述184
7.6.2 常減壓生產過程控制185
7.6.3 催化裂化生產過程控制187
7.6.4 催化重整生產過程控制189
本章小結191
思考題與習題192
參考文獻193
除了按結構對控制系統分類外，通常還按設定值對應時間變化規律分類為：定值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統。
1.定值控制系統
所謂定值控制系統，是指這類控制系統的設定值是恒定不變的。如圖1一4b所示的蒸汽換熱器在工藝上要求熱流體的出口溫度按設定值保持不變，因而它是一個定值控制系統。定值控制系統的基本任務是克服擾動對被控變量的影響，即在擾動作用下仍能使被控變量保持在設定值或在允許范圍內。化工生產領域里的自動控制系統，凡要求工藝條件不變的，都屬于這種范疇。
2.隨動控制系統
隨動控制系統也稱為自動跟蹤系統，這類系統的設定值是一個未知的變化量。這類控制系統的主要任務，是使被控變量能夠盡快地、準確無誤地跟蹤設定值的變化，而不考慮擾動對被控變量的影響。在化工生產中，有些比值控制系統就屬于此類。例如要求甲流體的流量和乙流體的流量保持一定的比值，當乙流體的流量變化時，要求甲流體的流量能快速而準確地隨之變化。由于乙流體的流量變化在生產中可能是隨機的，所以相當于甲流體的流量設定值也是隨機的，故屬于隨機控制系統。航空中的導航雷達系統、電視臺的天線接收系統，也都是隨動控制系統。
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